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空间资源的“长征行”

来源:龙新周刊 作者:付美婧

经常会有人提起这样的问题:有很多孩子挨着饿,国家却还在为研究探索空间资源那些看似毫无意义的事情投入大量资金,这样做是否值得。美国宇航局马绍尔太空航行中心科学副总监恩斯特·施图林格对类似的问题作出了回应,他解释了宇宙探索为缓解贫穷和饥饿上的贡献:运用空间探测技术将饥饿和贫困人口的信息记录与传输,提高了食物生产效率,也提高国际合作方便了援助食物的发放。所以,探索空间资源其实是各个国家正在进行的十分有必要的一个项目。

“追星”之旅

从古至今,不论是宙斯创造宇宙、嫦娥奔月,还是阿波罗计划、两弹一星,都表达出了人类对宇宙的好奇与向往,第三次科技革命的出现,推动了空间技术的发展,各种航天设备为人类揭秘太空提供支柱,在经济充裕、技术先进的条件下,世界各国都在积极的探索着空间资源。

空间资源是空间环境中能够为人类开发利用,获得经济和其他效益的物质或非物质资源的总称。一直以来,空间资源都作为国家之间的必争之所,在各个行业都有助力,相关部门或机构可以通过运用空间资源进行卫星气象监测为人们提供准确的天气情况,也可以运用空间资源在太空进行卫星通信和导航定位能确保国家通讯正常,交通顺畅。近年来,各国对空间资源开发与利用力度也是越来越大,如前苏联以建立空间站为重点开展了一系列的探空活动,美国空间资源圆桌会议中专家预计10年内开采月球水冰等。航天空间资源作为国家主要争夺的空间资源,各个国家都在航天技术的突破与利用上花费了无数的人力、物力与财力。

自1957年起,各国加紧研发着火箭、卫星,发展载人航天技术来开发和利用空间资源,尤其是美苏争霸时期,在那场没有硝烟的战争中,“太空竞赛”是两国实力较量的一个重要的方面,他们制定了一系列探索月球、火星的计划,在互相试探的同时,也为世界探索空间资源指明了方向。到八十年代后期,除美、苏外,中国、欧洲航天局、日本、印度、加拿大、巴西、印尼、巴基斯坦等国也通过运用空间技术拥有了自己研制的卫星。

在这期间各国付出了众多的努力,在经济方面,据英国《自然》杂志估计,美国航天飞机项目最终耗资约2000亿美元,平均每次发射费用高达15亿美元;俄罗斯发射一次宇宙飞船费用约为1.5亿至2亿美元。在人力、物力资源方面,美国的航空航天总局NASA由国家航空咨询委员会NACA的四个主要实验机构与其中80名成员改组而成,在后来的发展中,美国还将陆军弹道导弹署和美国海军研究实验室也加入到NASA中去,耗费了很多人力物力。在探索时间方面更是不用说,不只是过去和现在,开发与利用空间资源将作为国家今后发展的一个新趋势,一直进行下去。

中国在空间资源领域也未落后,空间技术创新如新一代大型运载火箭、载人航天工程、探月工程、中国北斗卫星导航系统以及高分辨率对地观测系统等等的提出与实践推动了空间资源的开发与利用,中国的“追星”道路将会越来越顺畅。

发现闪光点

空间资源之一的空间轨道在国家探索宇宙的过程中扮演着不可或缺的重要角色。在赤道上空有一条顺行的圆形轨道——地球静止轨道,它在空间轨道中属于一种极特殊的存在,在这轨道上进行地球环绕运动的卫星或人造卫星始终位于地球表面的同一位置。由于静止卫星与地球自转的同步性,卫星在静止轨道上可以实现连续对地观测。1984年4月8日,中国的第一颗静止轨道通信卫星“东方红二号”成功发射,至今,静止轨道通信卫星已发射成功了六颗。这些卫星先后承担了广播、电视信号传输,远程通讯等工作,为中国国民经济建设发挥了巨大作用。现今地球静止轨道资源已成为国家发展的必需资源,各国都在为空间技术的发展而努力着,向宇宙进行了更深入的探索。

随着高新技术的发展,国家的军事水平提高,尤其是弹道导弹的发明与实践,使得国家的军事力量得到显著的提升,然而在同时,弹道导弹也以远距离的射程、强威力的弹头、高精确的命中精度以及多弹头分导的巨大威力对国家国防安全造成重大威胁。这个时候,空间资源的作用再次显现。国家可以利用空间资源制造一种新型飞艇——临近空间飞艇,它的主要作用就是作为反导侦查与通讯的基地或提前摧毁来袭的远程弹道导弹,确保国家的军事安全。在边远地区,如果在高空长期定点设置高空飞艇,配上强大的通讯设备,飞艇还能够促进当地移动通讯产业的发展,获得经济效益。

空间资源在信息监测方面的成就也不小。3S系统(GPS、GIS、RS)中的RS遥感系统就是基于空间资源来实现操作的。遥感技术是在远离地面的空间资源平台上(如飞机、火箭、人造地球卫星、宇宙飞船等)使用传感器,对地球表面的辐射信息进行探测,经信息的传输、处理和判读分析,对地球的资源与环境进行探测和监测,RS对空间资源利用力度很大。

空间资源的应用面广泛,在国家通讯、军事、国防、经济、监测等的方面发挥了重大作用,现今,空间资源已成为各国竞相争夺的一种强有力的资源,空间资源的开发与利用为国家的迅速发展提供了机遇。

机遇带来了挑战

各国对空间资源开发与利用的同时,空间资源的管理机制也存在着问题。目前世界对于空间资源的开发与利用没有一个明确的规定或者是公约,各国卖力地为抢夺更多的更有利的资源付出着,整个资源利用存在着“占地为王”现象。华北空管局航行情报中心的马式众在他的文章《浅谈空间资源的效益性》中写道:“我国为空间利用而设立的禁区、限制区、靶场和训练空域等等,大部分采用‘占地为王’的做法,这种状况既不符合国际标准,又是对空间资源的极大浪费。”

在美国人发射首颗全球定位系统(GPS)卫星32年后——2010年,由中国人建造的全球卫星导航系统终于迎来了启动的时候。然而北斗系统面对的一个逐渐拥挤的轨道空间——集中着多国的卫星的狭小空间。这里遵从了先来后到、对号入座的无序的游戏规则,诸多卫星奋力压榨着紧缺的空间资源。美国GPS全球定位系统遍布全球的24颗卫星占据了距离地表20200公里处的6条“黄金轨道”,坐上了头等舱,占用了最好的空间资源,这对于其他的国家来说是相当不公平的。中国新闻网报道:“面对人类共有的外太空资源,兼容、互通的轨道频率才是实现全球导航真正无盲区的解决之道。”

空间资源问题不仅仅表现在资源占用上,还表现在制造太空垃圾方面。自第一颗人造卫星斯普特尼克一号发射以来,世界各国空间资源领域的竞争愈战愈烈。至今,全世界各国一共执行了超过4000次的发射任务,产生了大量的轨道碎片,这些轨道碎片就是人们常说的太空垃圾。这些太空垃圾大部分通过落入大气层燃烧殆尽,积少成多,截止2012年仍有超过4500吨太空垃圾残留在轨道上。这些由不同国家制造出来的太空垃圾干扰了轨道上卫星的运转,既占用了空间资源,又易于引起太空交通事故损害国家利益。

美国国家航空航天局NASA曾忧心忡忡地公布:2005年1月17日,南极上空855公里,发生了一起“宇宙交通事故”:一块31年前发射的美国雷神火箭推进器遗弃物,与中国发射的长征四号火箭CZ-4碎片相撞。这次事故不仅对中国造成了极大的损失,也给了世界一个教训——加强空间资源的管理。

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