雪峰山旅游项目:科技专论：太空资源——人类可持续发展的重要基础

航天技术是人类20世纪最伟大的技术成果之一，空间资源的开发利用促进了人类社会的进步，改变了人们的观念和生活。大规模开发利用太空资源，是21世纪人类拓展生存空间的努力方向。也是人类解决所面临的资源环境等难题的希望之所在。
茫茫太空，一片待开垦的处女地
资源是人类生存和发展的物质基础。空间环境中蕴藏着极其丰富的资源，仅就地球引力和地球卫星作用范围，这一在当今的宇航界看来已是很小很小的外空领域看，现已探明可供利用和开发的空间资源大致有：航天器相对于地球表面的高远几何位置资源；高真空和高洁净资源；微重力环境资源；太阳能资源；强宇宙粒子射线资源；月球及其他行星资源。这些资源都相当丰富并具有利用价值，其中任何一项的开发都会给人类带来巨大的利益。
高远几何位置资源。
航天器相对于地球表面的高度是一种十分重要的资源。人站在地面上即使天气再好，视野再开阔，目力所及也就是几十千米。乘飞机能看到至多是数百千米的地方。站在珠穆朗玛峰上，能看到0.07%的地球表面，在离地球200千米轨道上的人造卫星，可以看到14%的地球表面，在距地面35786千米的地球静止轨道上的航天器，则可以观察到42%的地球表面。这种几何位置是一种宝贵的资源。今天，人类发射到这一高度的通信卫星、气象卫星等各类人造天体，为人类提供无与伦比的通信、气象、导航定位、对地观测等各种服务，给信息社会插上了腾飞的翅膀。
高真空、微重力环境资源。
在距地面100公里以上的高度，空气已相当稀薄，是“真空地带”，这种空间高真空状态无边无际，且相对于地面纯净无污染。
绕地球轨道上运行的航天器中的物体，既受到地球引力的作用，又受到惯性离心力的作用，这种力达到平衡，即处于微重力状态。此时航天器里物体所受重力，只有地面的十万分之一或百万分之一，物体悬浮于空中漂乎不定。空气、水受热后，没有上下对流，液体也没有固定的水平面。比重不同的液体，可以在一起和平共处。不难想象，这种奇特环境，对新材料加工、微生物、细胞、蛋白质晶体的生长与培养是十分有利的，它将使微生物发生遗传变异。
强宇宙粒子射线幅射。
所谓辐射，就是看不见的高能粒子流，它能穿过人体，杀死细胞，如医学上使用的放射疗法和X光透视等。太空中充满着各种强烈的辐射，如，银河宇宙射线、太阳电磁辐射、太阳宇宙射线和太阳风等，充满着能量和万有引力场。
我们所居住的地球被大气层包裹着。大气层如同一张天幕，遮去了部分太阳光，在物理学领域称为大气阻尼。宇宙高能重粒子，由于大气阻尼的吸收，到地面几乎已经绝迹。宇宙空间由于没有大气阻尼，宇宙射线可以无障碍地穿行，因此几乎没有什么损失。在宇宙空间，太阳光辐射强度比地面高出若干倍。科学研究已经发现，这种环境将使种子、微生物以及各种细胞等地球生物的遗传密码，在排列上发生变化，可从中产生更有价值的新的物质。
月球及其他天体资源。
科学研究已经知道，宇宙空间的许多行星，都存在着大量的铁、硅等资源，特别是月球资源，人们对它早已不再陌生，而且兴趣越来越浓。
月球是近地空间惟一大型的地外天体，其实，月球并不是一般意义上的不毛之地。月球上不仅存在着大量矿藏，整个月球环境对于人类来说都是极其宝贵的资源。据目前已经进行的科学探测表明，月球上至少存在着丰富的氧、硅、铝、铁等资源；月球上没有大气层对光线和电波的吸收、散射和折射，直接承受太阳的辐射，没有尘埃污染，没有复杂磁场。月球背面没有人造光源和射电的干扰，震动很微小，有漫长的黑夜，温度也很低，是天文观测、生物科学和高能物理等实验的理想场所。由于月球几乎没有引力，因此，还可以作为飞向火星的中转站，从那里发射航天器，只需要地球上1/6的能源。
通过探测发现，月球表面覆盖着一层岩屑、粉尘、角砾岩和冲击破璃组成的细小颗粒状物质。这层月壤富含由太阳风粒子积累所形成的气体，如氢、氦、氖、氮等。这些气体在加热至摄氏700度时，就可以全部施放出来。其中，氦—3气体是进行核聚变反应发电的高效燃料，在月壤中的资源总量可以达到100万～500万吨。30吨这样的尘埃，经热核反应产生的能源，可相当于美国一年生产能源的总和，如果每年从月球上开采1500吨氦—3，就能满足世界范围内能源的需要。利用氦—3进行热核反应，产生的放射性最低，具有经济安全两大优点。另据计算，从月球中每提炼出一吨氦—3，还可以获得6300吨氢气、700吨氮气和1600吨含碳气体。所以，通过采取一定的技术来获得这些气体，对于人类找到新的能源和维持永久性月球基地十分重要。
太阳能资源。
脾气暴躁的大火球太阳每时每刻都在进行剧烈反应，从而产生巨大的能源流。据测算，太阳每秒钟将81万亿千瓦的热能量送给地球。晴天，太阳每秒钟照射地球每平方米为1度电量，每秒带给地球的总热量相当于现今全世界每秒发电量的数万倍。地球每秒钟所获得的太阳能量相当于燃烧500万吨优质煤所发出的能量。因此，太阳是一个取之不尽，用之不竭的洁净能源宝库，充分利用太阳能前途无量。
太阳所散发的热量中只有二十二亿分之一的能量到达地球，在太空建立太阳能电站，可以克服由于太阳光被地球大气层反射、折射、散射和吸收等种种损失，还没有日夜阴晴所产生的变化。
据有关专家预测，到2020年世界人口很可能超过70亿，能源危机是影响人类生存与发展的大问题。据统计，仅对电能的需求年增长率就大于2.5%，尤其是占人口80%的发展中国家，需求更旺。而最有希望的能源是直接将太阳能转变为电能，它可克服火力发电污染严重、消耗化石能源，水利发电水源严重不足等难题。在太空中利用太阳能发电，可以在不需燃料，完全无污染，不需要架设输电线路的情况下，直接向空间站或航天飞机上供电，甚至向地面供电。因此，目前美、日等航天大国正在研究试验建造太空发电厂，开发新能源。
人类空间技术产生新的资源条件
世界空间技术开发及推广应用，在短短几十年内硕果累累，取得了巨大的经济和社会效益，受到科技界的普遍关注。当今，空间技术的发展，空间资源的利用，已是一个国家综合国力以及科学技术发展水平的重要标志。空间资源的利用，为人类社会的发展提供了强大的推动力。
迄今为止，航天器相对于地球表面的高远位置资源开发和利用最为广泛。遥感卫星的发射成功后，人们应用卫星遥感技术监测森林资源的变化、土地使用变化情况，用于研究旱涝和盐硷化、沙漠化、海岸线动态和农产品估算；用于评估和开发水资源、勘探矿产资源、监测污染和更新地图等。遥感卫星解决了人类用常规手段无法观测或观测不足的难题，大大提高了观测精度、范围、准确性和效率。
利用通信卫星，人类实现了全球通信、电视转播，使世界在人们的视野里一下子变小了。在现代人类社会，有100多种业务靠通信卫星完成，从传送语言到文字，从图像到收据，从资源到各种控制信号，以至于人们已无法想像，没有通信卫星该如何生存。今天，世界上80%的洲际通信业务和百分之百的洲际电视转播，以及为数众多的区域通信已由卫星担负。优越的通信能力和极高的投资效益比，使通信卫星的国际通信业务每年以20%到30%的速度递增，营造了一个遍地是黄金的市场，从而形成了150亿美元的通信卫星产业。
通信卫星还拓展了信息传播的许多新领域，可以把电视教育课程送往边远地区，可供专业机构远距离指导开展抢险救灾。利用通信卫星架起空间信息高速公路，使信息畅通无阻，使工商企业和整个社会处于一场革命之中。
气象卫星在进行天气预报，探测和跟踪台风和气旋、研究和监测地表以及海洋生物量等方面发挥了重要作用，并为洪涝灾害预警和赈灾等提供服务。据有关资料统计，在今天，人类依靠气象卫星每年避免天气灾害损失达数千亿美元。
导航定位卫星为人类建立天基交通系统，使航天、航空、航海、铁路、公路相结合，建立现代化的高速立体交通管制网络。据预测国际航空及车辆利用卫星通信产生的效益可达450亿美元。此外导航定位卫星还为搜索与救援提供准确定位。
通信广播卫星、资源卫星、气象卫星、导航定位卫星等等各类人造空间天体还在农业现代化中发挥了广泛作用，作物产量如何，有无病虫害，种植面积多少，旱涝情况等等，通过卫星观测一目了然。这些信息，对指导作物种植面积，及早发现病虫害，确定产品价格发展中出现的重大，推进高产、优质、高效农业的发展作出新的贡献。
从70年代后期开始，各航天大国进行了大规模的空间利用探索，而这些探索主要是在空间站和航天飞机上进行的。其中，大多数是在“和平号”空间站里进行的。通过20年的努力，一些商品已贴上了“空间”商标。如：大尺寸微乳胶球、高纯药物等，对空间微重力环境应用，特别是材料加工潜力的认识有了深化，形成了微重力流体力学，空间材料学、生命科学及生物技术体系。
太空资源，让人类走向永远
在进入21世纪的今天，随着航天技术的发展，大规模开发空间宝贵资源，让太空资源造福人类，已成为世界上各航天国家航天活动的主旋律。
据报道，美国已经出现太空采矿业机构，正计划发射无人驾驶探测器，在环绕太阳运行的某一颗小行星上着陆，在最接近地球的小行星上遥控勘探矿藏，并通过仪器将探测到的照片和其他资料传回到地面控制中心，科学家们将利用这些资料分析小行星上的贵重稀有金属的分布情况。该组织估计，平均每颗小行星上蕴藏着价值1万亿到4万亿美元的金、银、钴等贵重稀有金属。
在向外星要资源的计划中，首当其冲要数月球了。建立月球工厂，利用月球资源，建立月球农业、月球经济，实现月球居住，以月球为跳板，飞向其他星球等壮举，是人类在新世纪太空探索的新梦想。
目前，有16个国家参与的迄今为止最大的地球外的村庄——“国际空间站”正在建设中。由美国、日本、欧洲和俄罗斯等国提供的6个实验舱所组成的实验室，运用了当代最先进的科学技术和工具，世界许多国家的生物、化学、物理以及其他学科的研究都将在这里进行。它的建设可为人类在新世纪观察地球及进行科学研究，提供一个前所未有的场地。在国际空间站里，科学家将进行蛋白质晶体研究、微重力下的生命科学研究、生物反应器研究、空间火焰、流体和金属研究等。这些研究对于人类更深入地解开蛋白质、酶和一些病毒之谜，研制新的材料，实现太空永久居住等将产生重大的影响，为生物、医药和工业的进步，改善地球人的生活条件和未来地外旅行开辟途径，同时还将打开人类长期探索太阳系的大门。
据美国空间政策中心预测，到2010年，不含商业卫星，美空间商业化收益就可达6000亿美元，而仅药品加工就将收入270亿美元。据美国巴特利研究院和美国航空航天局预测，电子和光学材料将占空间产品市场绝大部分，合金、复合材料和陶瓷材料的收入将达300亿美元。预计美国和俄罗斯在2015年前后渴望进入批量生产，西欧、日本将继美、俄后成为空间产业化国家。
中国航天肩负的历史责任
空间资源开发是国家级大型系统工程。江泽民主席1993年1月30日为中国空间技术研究院题词“发展空间技术，开发空间资源”，将指导中国空间技术与经济、社会的协调发展，实现技术发展的跨越，促进社会经济可持续发展。
新世纪对中国空间技术意味着什么？可以断言：21世纪将会是中国空间技术大发展的世纪，前景将更加美好。
中国政府对开发空间资源，发展空间技术十分重视，已把空间技术作为国家总体发展战略的一部分，列入2000年至2020年《国家中长期科学技术发展纲领》中，国家863计划和“十五”计划，都把航天作为优先发展的行业。2000年中国政府发表了《中国的航天》白皮书，确定了中国空间技术今后十年或稍后的一个时期的发展目标：
——建立长期稳定运行的卫星对地观测体系。以气象卫星系列、资源卫星系列、海洋卫星系列和环境与灾害监测小卫星群组成长期稳定运行的卫星对地观测体系，实现对中国及周边地区甚至全球的陆地、大气、海洋的立体观测和动态监测。
——建立自主经营的卫星广播通信系统。积极支持商用广播通信卫星的发展，开发长寿命，高可靠的大容量地球静止轨道通信卫星和电视直播卫星，初步建成中国卫星通信产业。今后二十年或稍后的一个时期中国航天发展目标主要有：
——空间技术和空间应用实现产业化和市场化，空间资料的开发利用满足经济建设、国家安全、科技发展和社会是步的广泛需求，进一步增强综合国力。
——按照国家整体规划，建立多种功能和各种轨道的，由多种卫星系统组成的空间基础设施；建成天地协调配套的卫星地面应用系统，形成完整、连续、长期稳定运行的天地一体化网络系统。
在通信广播方面，将扩大通信广播卫星系统，进一步改善中国教育落后和通信紧张状况。为此将发展大容量、高功率、多波束、长寿命的通信广播卫星。进一步扩大公众网的建立和完善金融、水利、能源、交通、教育、灾害监测等专用网。研究发展“直接进入家庭”的电视广播卫星、区域移动通信卫星和跟踪与数据中断卫星。
在对地观测卫星方面，建立环境资源卫星系统，以监测地球环境，勘测地球资源。在资源一号卫星的基础上，进一步提高分辨率，扩展观测波段，延长卫星寿命。另外2001年内将发射海洋卫星，促进对海洋环境和资源的探测。将加速发展综合遥感卫星，建成资源综合普查、气象、海洋信息预报、环境监测和灾害快速反应系统，使卫星遥感信息成为国家综合部门和经济部门决策的重要依据。
在导航定位方面，将加速发展导航卫星。将立足中国国情，研制由两颗地球静止轨道卫星组成的双星导航定位系统，为我国的车辆、船只、飞机等开展导航服务，从而提高指挥和高度交通运输的能力。
在科学试验方面，要以微重力、空间环境和空间生命科学及新技术试验为重点，继续利用返回式卫星和神舟飞船为国内外用户提供搭载服务，进行空间微重力材料制备和生命科学试验。与此同时，还计划将返回式遥感卫星改装成专用的微重力试验卫星。现代小卫星走俏卫星市场，给人类空间技术带来一场划时代意义的革命，为此，中国将在“实践五号”现代小卫星的基础上，加速现代小卫星的发展，以适应国内外用户对空间探测、科学技术试验、海洋观测、环境和灾害监测等需要。
中国开发利用太空环境资源的研究，将主要以返回式卫星和“神舟”飞船为载体。因此，在中国载人航天计划中，从一开始就选取重点项目，突出有限目标，把对太空资源开发利用研究和载人航天效益工程结合起来。“神舟”飞船开展的大规模的太空材料生长、生命科学和生物技术实验研究，将开创中国太空资源开发利用研究的新局面。在实现中国宇航员遨游太空后，新世纪人们还可以看到中国的空间站飞翔在近地轨道上，到那时，“神舟”货运飞船将频繁地来往于地球和中国空间站之间，而所开展的一系列科学研究将把我们带入更加美好的明天。与此同时，我国还将发射太空育种卫星、月球探测器等。
摘自《中国教育报》