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盡管中國先后加入了“航天俱樂(lè )部”和“探月俱樂(lè )部”，但各項技術(shù)與作為領(lǐng)頭羊的美國相比，存在明顯的差距
記者/方玄昌
中國在航天方面的技術(shù)在世界上究竟處于怎樣一個(gè)地位？這是很多人都關(guān)心的問(wèn)題。
對于這一問(wèn)題，中科院院士歐陽(yáng)自遠將中國比喻為“二鍋頭”——第二梯隊的領(lǐng)頭人。他說(shuō)，在國際探月領(lǐng)域，美國、俄羅斯是第一梯隊，中國、歐盟、日本是第二梯隊。
事實(shí)上，由于印度、日本等國家在這方面的技術(shù)更多處于保密狀態(tài)，人們很難估測其具體各方面技術(shù)所居的優(yōu)劣勢——相對來(lái)說(shuō)，代表目前世界航天技術(shù)最高水平的美國更“大方”一些，他們的很多太空計劃及其進(jìn)展、未來(lái)具體步驟的規劃都是對全世界公開(kāi)的。
火箭力量
把飛行器送入太空，火箭技術(shù)當然至關(guān)重要。
從上世紀50～60年代最初發(fā)射衛星的時(shí)候，科學(xué)家就發(fā)現火箭技術(shù)的很大一個(gè)難點(diǎn)是制造所用的材料問(wèn)題。
火箭點(diǎn)火后，發(fā)動(dòng)機燃料在很小的空間內燃燒，產(chǎn)生數百個(gè)以上的大氣壓和數千度的高溫，氣體以數倍于子彈出膛的速度噴出，整個(gè)火箭振動(dòng)極為厲害。而進(jìn)入太空之后，又要經(jīng)受正負100多攝氏度的溫度變化。因此需要極耐高溫、耐高壓的材料(尤其是火箭噴口的材料)和高性能的燃料，才能讓火箭達到第一宇宙速度。
這牽扯到最尖端的幾項科研成果——設計要用到數學(xué)；燃料要用到化學(xué)；材料要牽扯到物理等幾個(gè)學(xué)科；防振動(dòng)更多牽扯到工程和工藝，等等。由于涉及面太廣，所以才說(shuō)航天力量是一個(gè)國家綜合實(shí)力的體現。
中國在航天材料方面，有一項是做得很不錯的：上世紀60年代，中國就生產(chǎn)出了“燒蝕材料”——即涂在航天器外面經(jīng)受與大氣摩擦產(chǎn)生的高溫、以保護航天器主體的材料——沒(méi)有這種材料，航天器將無(wú)法返回地球。
一直到上世紀80年代，世界上還只有美國、俄羅斯和中國有這方面技術(shù)。
從推進(jìn)力量和可靠性等因素比較，中國的火箭技術(shù)亦可一書(shū)，但與世界前沿相比依然有差距。舉例來(lái)說(shuō)，美國送阿波羅上天的土星5型火箭，發(fā)射衛星至低軌道(一般為距地面幾百公里高度，比如神舟6號，大約為343公里左右)的最大重量是139噸；俄羅斯的能源號這一數據為105噸;歐空局的阿麗亞娜5號改進(jìn)型火箭，發(fā)射衛星至高軌道(距地面36000公里左右)的最大重量是12噸，估計推進(jìn)衛星至低軌道的最大重量可以達到數十噸。
相比之下，中國的長(cháng)征2F型火箭，推進(jìn)衛星至低軌道的最大重量是8～9噸(神舟6號是8噸左右)；中國正在研制中的大推力火箭，推進(jìn)衛星至低軌道的最大重量將達是25噸。
能夠送人登陸月球的航天器當然要比神舟6號復雜得多。最早載人成功登陸月球的阿波羅11號，由指揮艙、服務(wù)艙、登月艙和登月艙外罩四部分組成，飛船總重量達到44.676噸。阿波羅起飛重量很大，另一個(gè)原因是它不但荷載能裝下三個(gè)人的飛船，還包括返回地球所需要的燃料。
未來(lái)再登月，人們已經(jīng)開(kāi)始考慮返回的燃料直接從月球獲取，但現在大家都還辦不到。不管怎樣，中國未來(lái)要實(shí)現載人登月，顯然還需要發(fā)展更大推力的火箭。
計算和控制技術(shù)
航天工程中還有一個(gè)重要的因素是計算和控制技術(shù)，“嫦娥一號”確定發(fā)射具體時(shí)間，就牽扯到工程計算問(wèn)題：發(fā)射時(shí)間要充分考慮飛行器入軌時(shí)與地球、月球和太陽(yáng)之間的相對位置，飛行器要進(jìn)入繞月軌道則需要對其速度大小、方向進(jìn)行多次精確的調控。
能說(shuō)明計算與控制技術(shù)對航天發(fā)射的重要性的一個(gè)典型案例是，美國1997年發(fā)射的、承擔探測土星及其衛星任務(wù)的卡西尼號。
卡西尼號飛船是迄今為止飛往其他行星的重量最大的飛行器(將近6噸)，其發(fā)射目的地是太陽(yáng)系中處于地球軌道外層的土星，途中將受太陽(yáng)的巨大引力減速。因此，即使利用全世界推力最大的火箭，也不能把這么重的卡西尼號直接加速到足夠飛往土星，甚至不能加速到足夠飛到比土星近一倍的木星。
于是科學(xué)家設計了一條奇怪的路線(xiàn)：卡西尼號是“朝內”發(fā)射的，首先飛往太陽(yáng)系內層的金星，借助于金星的引力，兩次給它加速；然后再次飛往地球，借助于地球的引力給它加速；然后飛往木星，借助于木星加速，最后才飛往目的地土星。
這么漫長(cháng)、復雜的加速和飛行路線(xiàn)，就決定在發(fā)射時(shí)的一瞬間�；鸺l(fā)射的方向和推力都要計算、“執行”得準確無(wú)誤，而且向金星、地球、木星借力得到加速的時(shí)間和位置，都要一次性計算完成——計算略有偏差，或者火箭的推力、角度稍有增減，飛行器都很容易“掉進(jìn)”太陽(yáng)、金星、地球或者木星。
最終，卡西尼號在7年飛行過(guò)程中定位精準，所進(jìn)入的土星軌道非常接近原計劃軌道。
曾經(jīng)有人以打高爾夫球來(lái)比喻探測器登陸火星的難度——從紐約到倫敦，一桿進(jìn)洞；顯然，卡西尼號的發(fā)射精準度比探測器登陸火星是難多了。
能夠代表美國近些年在航天控制方面技術(shù)水平的是2005年的“深度撞擊”計劃。撞擊的目標是距離地球1.3億公里之外、大小僅為6公里的坦普爾1號彗星上一個(gè)幾百米大小的區域，中國“載人航天工程應用系統”副總指揮潘厚任研究員把這比作是“從130公里之外擊中一只蒼蠅(6毫米大小)的眼睛”。
目前正在飛往冥王星的美國“新地平線(xiàn)”號探測器是飛行更遙遠的行星探測器。在這方面，嫦娥一號是迄今中國最遠距離的實(shí)際測試——僅38.4萬(wàn)公里。
數據傳輸手段
探測器到了月球之后還要把獲取的信息、數據傳回來(lái)，因此，通訊測控手段、數據傳輸技術(shù)必須過(guò)關(guān)。
到現在為止，中國在這方面最遠的試驗還是探測1號、2號(即TC-1、TC-2)，跟歐空局合作，跟蹤距離是10萬(wàn)公里左右。而嫦娥工程的測控手段需要達到38～40萬(wàn)公里。
其實(shí)早在1994年，中國就進(jìn)行過(guò)論證，認為到2000年中國可以有能力發(fā)射探測器去月球并進(jìn)行研究探測。那時(shí)論證，中國探測器的平臺，包括有效載荷、遙感儀器等技術(shù)都沒(méi)有問(wèn)題。
利用上海天文臺25米直徑天線(xiàn)(長(cháng)基線(xiàn)干涉儀)進(jìn)行改裝，可以接收月球這個(gè)距離發(fā)回的數據。而能夠發(fā)射神舟飛船的長(cháng)征火箭加上一個(gè)頂級發(fā)動(dòng)機，就可以打上月球。也就是說(shuō)，從技術(shù)上說(shuō)，中國2000年前發(fā)射月球探測器也是可以辦到的，但后來(lái)由于載人航天工程上馬，這一計劃就往后推了。
但在數據傳輸和接收這方面，美國已經(jīng)走得很遠了——1977年發(fā)射的“旅行者”1號目前已經(jīng)飛離地球大約150億公里，超過(guò)冥王星距離地球的兩倍，飛到了太陽(yáng)系邊緣。它完全依靠上面的信號，發(fā)射機以幾瓦的功率向地球定向發(fā)射，抵達地球時(shí)其信號功率大約只有一枚普通電子表電池功率的200億分之一。但依靠分布在全球(分別在美國加州、澳大利亞和西班牙)、拋物面直徑達到70米的三個(gè)大天線(xiàn)，美國科學(xué)家依然可以對這么微弱的信號進(jìn)行接收和分析，從而獲取來(lái)自外太空的一些數據——“旅行者”發(fā)射至今已經(jīng)有30年，也就是說(shuō)，這代表著(zhù)美國30年前的技術(shù)�？茖W(xué)家估計，其所帶電池還能用10年，這10年中它還能繼續為人類(lèi)服務(wù)，為科學(xué)家帶來(lái)有關(guān)太陽(yáng)系邊緣的一些信息。
阿波羅帶動(dòng)世界，嫦娥帶動(dòng)本土
那么多國家再次掀起登月熱，有一個(gè)共同的目的：借助于航天技術(shù)的發(fā)展，來(lái)帶動(dòng)國內其他技術(shù)的發(fā)展。嫦娥工程也不例外。
阿波羅計劃前后投入了30萬(wàn)的人力和400億美元(四五十年前的數據，換算成現在的美金還要大得多)的資金，表面上看，除了政治和軍事意義之外，美國人直接獲取的成果是總計12公里長(cháng)的攝像膠片和382公斤的月球土壤。
但事實(shí)上，其收獲遠遠不止于這些。一種估算認為，阿波羅計劃在經(jīng)濟上的投入產(chǎn)出比是1：14，原因主要就在于它帶動(dòng)了其他民用技術(shù)的發(fā)展。
眾所周知，阿波羅計劃在電子、鐵路運輸、醫療、天氣預報、農業(yè)等多方面都起到了帶動(dòng)作用——比如現在全世界都在應用的很多種類(lèi)的體檢設備就來(lái)自于阿波羅計劃。
另外還有大眾了解比較少的一點(diǎn)是：全世界的工業(yè)產(chǎn)品可靠性，可以說(shuō)就是被阿波羅計劃給“推”上去的——上世紀60年代，由于要保護宇航員的生命安全，美國進(jìn)行了一系列的可靠性管理、控制，后來(lái)推廣到民用，然后進(jìn)一步帶動(dòng)了全世界的各個(gè)領(lǐng)域。事實(shí)上，阿波羅計劃以前的電視機、收音機的可靠性都很差，是阿波羅計劃改變了它們。
美國人當年有政策，就是要把航天、軍事技術(shù)往民用推廣。但由于美國走出的是第一步，阿波羅計劃帶動(dòng)了全世界各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步�？梢灶A見(jiàn)，中國的嫦娥工程至少也能帶動(dòng)本國各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。
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