陳藍：中國載人航天的未來是飛向火星還是耕耘地月空間？

【文/觀察者網專欄作者 陳藍】

中國和馬斯克

最近兩個月，載人航天再次成為媒體熱點。不過，和NASA無關，和國際空間站無關，也和航天先驅俄羅斯、歐洲無關。只有兩個關鍵詞：中國、馬斯克。

9月15日，中國用長征2F-T2火箭成功發射了天宮二號空間實驗室。一個月後的10月17日，航天員景海鵬和陳冬乘坐神舟十一號飛船進入軌道，兩天後和天宮二號對接成功。11月18日，神十一機組將在完成天宮一號第一階段任務並創造留空33天的中國載人航天新記錄後，返回地面。天宮二號任務有不少看點，比如中期駐留、景海鵬三次進入太空、伴星二號小衞星、包括量子密鑰分發和香港學生的蠶寶寶實驗在內的一系列科學實驗，以及計劃於明年進行的貨運飛船對接和推進劑在軌加註試驗,等等。即便有這麼多看點，傳統和網絡媒體也進行了大量的報道，但和天宮一號相比，公眾和網民的熱度已經明顯降低。這其實非常正常，它表明中國載人航天工程已經進入了成熟階段，載人飛行任務正在變得越來越常態化。

在天宮二號發射後不到兩週，於墨西哥召開的國際宇航大會（IAC 2016）上，SpaceX創始人、有着“鋼鐵俠”美稱的馬斯克發佈了他的火星殖民計劃和近乎變態的巨無霸火箭和飛船（馬斯克和國外媒體通常用非正式名稱BFS、BFS稱呼它們。但抱歉，這兩個詞直譯有點污，本文姑且譯成巨無霸，或直接上原文）。萬噸火箭、百人飛船、低廉的票價、難以置信的日程表、火星表面燃料生產、百萬人殖民計劃，乃至終極的“多星球物種”目標，即刻震驚了全世界。作為一個私企，它確定的這個目標遠遠超過了數十年來所有野心勃勃的、最具想象力的政府航天計劃，甚至在某種程度上已經超越了很多科幻小説。然而，你又必須承認，馬斯克這些年來誇下的海口，包括私企發射火箭、私企研製飛船、火箭的複用等，無一例外都實現了。所以，對這個瘋狂的、近乎臆想的計劃，你又不得不認真對待。哪怕它只實現了十分之一，甚至百分之一，也足以改變人類的命運（想象一下，即使只有一萬人移居火星，也會對人類命運產生巨大影響）。

SpaceX創始人埃隆·馬斯克

同時發生的這兩件事情看似無關，但卻具有象徵意義。它所暗示的是，半個多世紀前由加加林飛天開始的、長期由美俄主導的人類載人航天事業即將進入一個新的階段。國際空間站將在若干年後結束使命、再入大氣層墜毀或交由私人企業進行商業化運營，中國空間站將成為人類在近地空間最重要、很可能是唯一的據點。NASA將把主要精力轉向深空飛行，而以SpaceX為代表的美國航天私企不僅將進入近地軌道，還雄心勃勃地將目標鎖定在了改變人類命運的火星殖民上。中國將代替俄羅斯成為唯一有能力在載人航天上和美國匹敵的國家，並和美國一起共同引領人類的太空事業。一個嶄新的格局即將開始。

中美兩國將決定未來載人航天，甚至從某種意義上來説，將決定人類的未來。然而兩國的選擇卻有着明顯的差別。無論NASA，還是SpaceX，都對近地空間卻並無多少熱情，他們的目標都是火星。而中國，卻更多將資源投入到地球附近，包括即將建設的近地軌道空間站，以及作為遠期規劃的載人登月。那麼，這兩條路線哪條更明智？中國是不是應該採取跟隨策略，也要為載人火星飛行未雨綢繆呢？

火星之夢

我們先來看看馬斯克的火星殖民計劃到底靠不靠譜吧。在墨西哥的發佈會上，馬斯克不僅公佈了巨無霸火箭和飛船的設計及它們的主要參數，同時也展示了猛禽發動機試車和12米直徑碳釺維復材液氧儲箱實物的影像，目的是提醒大家這不僅僅是個PPT計劃。SpaceX設計的火箭和飛船的尺度雖然極為誇張，但仍然基於常規火箭技術，其中比較前沿的甲烷發動機、碳纖維儲箱和箭體、太空對接和燃料補給、助推器回收重複使用等也都有一定的實踐基礎和成熟度。實現這個計劃並不需要什麼天頂星技術。因此，純粹從技術角度講，這個火星計劃是成立的。

相比技術，馬斯克給出的時間表卻切實驚人。SpaceX計劃於2018年發射一艘紅龍飛船登陸火星，此後每兩年就會有一次發射。2022年BFR首射，2026年首次火星載人飛行。就是説，我們所有活着的人都能在十年內看到載人登火這偉大的壯舉——這簡直就是當初肯尼迪宣佈美國要在十年內登月的歷史重複。試想，此話如果不是出自馬斯克之口，基本上都會被認為是瘋子的囈語，沒人會理睬。人們從阿波羅時代起就開始談論載人火星飛行，但半個世紀下來毫無進展。NASA已經制定了火星登陸的目標，但僅僅是送幾個人上去，也要等到30年代中，花費上千億美元——如果出現奇蹟的話。按照NASA一貫的德性，大幅延期甚至半途而廢的概率極大。馬斯克的計劃更驚人的一點在於，他的第一艘紅龍火星飛船將在不到兩年內發射。雖然和BFS相比是個侏儒，但紅龍仍將是有史以來登陸火星最大最重的航天器，也將是載人飛船（雖然不載人）在火星的首次軟着陸。鑑於龍飛船的成熟度和SpaceX良好的歷史記錄，大家似乎還挺願意相信這會成真。

紅龍飛船在火星上着陸的想象圖

雖然理論上可行，但馬斯克的火星計劃要變為現實仍然充滿着大量技術挑戰。舉例説，BFR第一級42台發動機已經超過了前蘇聯那超級背運的N1登月火箭。大量發動機並聯的可靠性一直飽受詬病。SpaceX是不是還能如獵鷹九號那樣，化多機並聯的低可靠為多機冗餘的高可靠，還是一個問號。回顧歷史，馬斯克以往的很多計劃也相當激進和超前（例如火箭複用），經常被認為是大忽悠。令世人大跌眼鏡的是，他居然做成了NASA和各國航天局幾十年來都沒能做成的事情。當然，這裏面或多或少有着運氣的成分。但最近兩年獵鷹九號兩次爆炸，説明好運也不可能永遠都眷顧馬斯克。相信他的火星計劃也不會例外。

然而，火星殖民計劃真正的挑戰，或者説橫亙在面前、可能無法跨越的坎，是它所需的鉅額資金、它的不可延續性及其導致的不確定性。馬斯克在墨西哥説，最終去火星的船票可以降到20萬美元，就是美國一幢房子的錢，但他沒有説降到這個數字之前需要燒掉多少錢。首先，實現2026首次載人登火（那時還不可能賣掉一張船票，也不可能多次重複使用火箭和飛船）需要多少錢呢？馬斯克説大概要100億美元。雖然這已經是NASA火星計劃的一個零頭了，但以SpaceX一己之力投這麼多錢也是非常困難的，估計還得依賴NASA的援手。而即便首航順利實現，從那時起到船票降到20萬美元之間那才是最為艱難的一個階段。馬斯克沒有説這個過程需要多少錢，他指望用乘客付船票的錢來支持。可以想象，起初的船票將非常昂貴，飛行的風險也非常大，還需要付出可能是一輩子的機會成本，會有多少人願意做這樣一次説不定是有去無回的旅行？如果沒有足夠的乘客（移民）和飛行次數，複用的經濟性將無法體現，價格就不可能下降。極有可能這個計劃會掉入一個不可持續的陷阱。一旦計劃失去自我滾動能力，它就非常容易受到外部因素影響而終止。馬斯克自己最擔心的則是，如果他個人突然離世，公司被唯利是圖的人控制，計劃馬上就會夭折。

話説回來，馬斯克從來就是個樂觀主義者。對他來説，夢想是一定要有的，萬一成功了呢？

中國道路

回頭再來看看天宮二號和中國載人航天計劃。和五年前天宮一號發射，並相繼和三艘飛船進行交匯對接相比，天宮二號任務似乎已經沒有那麼激動人心了。然而，天宮二號對中國航天的重要性一點也亞於其前身。事實上，它不僅僅是一個“實驗室”，它是通向未來空間站、承上啓下的關鍵一步。

中國體制的一個優勢是，重大計劃通常很有前瞻性，實施過程有良好的穩定性和延續性，執行能力也非常強大。中國的載人航天計劃和探月工程就是典型例子。從載人航天921工程開始，所制定的“載人飛船——載人航天關鍵技術（艙外活動、交會對接、空間實驗室）——空間站”三步走計劃已經接近完成第二步。在將近四分之一個世紀的時間中，不僅大目標從未變化，實施路徑也沒有重大調整。基本上，25年前預想的藍圖都一步步地變為了現實。這在世界航天史上很少有先例。國際空間站應該算是最成功、執行時間最長的項目了，但和當初的設計相比，也已經大大縮水了。我們看到的更多的，是一堆PPT和地面上的模型，比如小布什重返月球的星座計劃。

天宮二號

天宮二號雖然有個實驗室的稱號，也的確實施了一系列亮眼的實驗，但歸根結底實驗不是它最主要的目的。它的主要使命是為未來空間站驗證一系列關鍵技術，包括航天員中期駐留、太空貨船對接和補給、推進劑在軌補加、柔性太陽電池陣、空間機械臂等。當然，對美、俄這兩個老牌航天大國來説，這些都不算什麼，有的東西他們幾十年前就玩過了。但中國並非是在做簡單重複。由於裝備了最新的數字化電子設備，神舟飛船的整體水平可以説已經超越了俄羅斯的聯盟號。天宮二號雖然噸位不大，但技術起點不低。除了先進的電子設備，它還使用了不少國際空間站相同的技術，例如用來控制姿態的CMG（控制力矩陀螺）。天舟貨運飛船的載荷能力則超過進步號、美國私企的龍和天鵝座飛船，和歐洲和日本的貨運飛船相當。而它的在軌推進劑補加能力到目前為止也只有俄羅斯具備（歐洲採用俄羅斯標準）。

未來六年中，中國將完成自己的模塊化大型空間站。它的規模雖然小於國際空間站，和前蘇聯和平號相當，但在技術上將達到一個新的水平，其中不乏中國獨有的創新。中國空間站將圍繞核心艙搭建，這一點類似和平號，但它卻配備了桁架式空間站（國際空間站）才有的大型柔性太陽電池陣，使得它看上去像是和平號和國際空間站的混合體，而建造成本卻比桁架式空間站低很多。中國空間站上計劃採用的電推系統和配套的共軌光學艙（太空望遠鏡），則都是世界首創。可以説，中國空間站是充分吸收以往空間站優點，通過再創新設計建造的、很好地平衡了先進性、經濟性和實用性的新一代空間站。

美國知名航天評論家詹姆斯·奧伯格（James Oberg）認為，中國在利用以往自己和他人技術經驗上是各國做的最好的。必須説，這是一個非常客觀的評論。

中國已經制定了空間站之後的載人航天遠景規劃，那就是載人登月和月球基地。在順利完成載人航天三步走和探月三步走（繞、落、回）計劃之後，將載人和探月兩個計劃合二為一是邏輯上合乎情理的一步。按照“動力先行”的一貫思路，中國已經開始研發500噸級液氧煤油發動機和200噸級氫氧發動機，然後是近地軌道能力百噸級的長征九號火箭。最終將在2030年代實現載人登月。

從目前公佈的計劃看，中國並無長遠意圖進行載人登火。中國將長期發展空間站，同時進軍月球。中國載人航天的活動空間將從近地軌道一直延伸到月球（這個範圍可以稱為地月空間）。中國航天規劃一貫着眼長遠，並具有強大的執行力。因此，可以相信，只要中國經濟保持穩步增長，中國空間站將取代國際空間站的地位，中國將成為未來近地軌道載人航天的主導者，載人登月也一定會成為現實。

可持續的未來

行文至此，火星或地月空間更該去哪裏的問題仍然還沒有解答。在找到答案之前，讓我們先思考一個簡單的問題：為什麼飛機上天半個世紀後，已經有成千上萬人每天進行航空旅行，而載人飛船上天差不多長的時間後，整個人類還是隻有幾百個人才上過太空？

這個問題其實不難回答，那就是載人航天耗資巨大，但需求有限，更無直接回報，導致了它只能依靠政府投入，無法自我發展和持續，結果必然是緩慢的發展。人們曾經設想過載人航天各種各樣的應用和需求，例如科學研究、軍事應用（蘇美都規劃過軍事空間站，甚至還有太空戰鬥機和軌道轟炸機的設想）、太空工廠、太空旅遊等等。但今天在太空中，幾乎所有的宇航員——除了少數幾位太空遊客外——來到太空都是為了進行科學實驗，或僅僅出於探索目的。到目前為止，還沒有出現過一次應用性質的載人航天任務 - 無論是民用還是軍用目的。原因很簡單，那就是人能在太空完成的工作，幾乎都能由無人航天器或機器人來完成，而且更便宜、更高效、更安全、質量也更高。其實，隨着機器人和人工智能技術的發展，科學實驗也都可以無人執行——除非人體本身就是實驗品。

其實有一個結論已經呼之欲出，那就是，只有以人在太空的存在為前提的需求，才是載人航天真正的需求，比如，人體科學實驗、太空旅遊、太空移民。以長遠的眼光來看，載人航天的未來應該基於這樣的內在需求。但這還不夠，只有形成可自我發展的規模化太空經濟，才能支持載人航天長期的可持續發展。太空科學研究不具備這個條件，太空旅遊則有理由成為未來支持載人航天的主要動力，而太空移民則是載人航天的終極目的。

電影《火星救援》截圖

馬斯克的火星殖民方向無疑是正確的，這也是人類文明發展到一定程度之後的必然產物。但目前時機是否已經成熟？我們前面已經做過分析，火星殖民的巨大風險和高昂的時間成本，可能使它無法吸引到足夠多的乘客。這樣就無法大幅降低成本，實現自我滾動和發展。它很可能會演變成只有有限志願者參與的昂貴的冒險，最後被迫終止。

在可預期的未來，人類必將大規模進入太空，而從近地軌道到月球的地月空間會比火星更有可能成為人類的主要活動範圍。太空旅遊由於其可持續性，將是最有可能啓動這個進程的規模化應用。作為航天大國的中國不能、也應該不會缺席這個進程。

中國目前還沒有將太空旅遊作為載人航天主要目標。但隨着技術成熟度的提高，開發太空旅遊是水到渠成的事。相比火星殖民，地月空間的太空旅遊具有更大的市場、更小的技術難度和風險、以及更低的成本。如果馬斯克的計算沒錯，他的巨無霸火箭和飛船如果用於低軌太空旅遊，最終船票價格將大大低於20萬美元，即低於目前亞軌道太空旅遊的價格。這將是一個真正有可能爆發的市場。未來二三十年中，如果中國繼續沿着目前的方向走下去，很有希望在地月空間中取得優勢。利用這個優勢，可以在太空旅遊市場中取得較大份額。和馬斯克不同的是，中國航天用的是納税人的錢，載人火星登陸的昂貴成本和巨大風險遠超登月，是不可承受之重。因此，中國航天腳踏實地地在地月空間穩步發展是完全正確的。這就是本文對標題中提出的問題給出的答案。

當然，要實現這個戰略目標中國目前尚缺乏一個關鍵能力，就是廉價的天地運輸系統。這是未來誰都繞不過去的一個坎。可以説，它比空間站、登月和火星計劃都重要得多。馬斯克已經先行一步，中國應該急起直追。與其進行耗資巨大的火星計劃，還不如集中資金研發可複用的運載工具。令人欣慰的是，最近的報道已經越來越多地表明，中國已經在進行自己的可複用運載器的研製，並已取得了可喜的突破。

NASA的載人航天，在航天飛機和國際空間站之後曾經迷失了方向。克林頓時代的X-33單級入軌航天飛機、小布什的重返月球計劃都已經無疾而終。奧巴馬的火星計劃是否能堅持到底，還得看新總統特朗普的喜好和美國的經濟狀況。接下來真正的看點也許就是中國和馬斯克。中國空間站的建成將是一個里程碑，將為未來載人登月和地月空間的大規模開發奠定基礎。馬斯克的火星殖民計劃風險巨大，但他花的是自己口袋裏的錢和乘客的船票錢，的確可以任性地賭一把。一旦賭贏，將有非凡歷史意義。

天宮二號第一階段任務的圓滿完成，是一個好兆頭。願中國航天人能堅持自己的道路，實現既定的目標。也祝馬斯克好運！

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