法国作家波德里亚(Jean Baudrillard)在《冷记忆》( Cool Memories )里这样描述人造卫星:“真正的人造卫星,就是那个漂浮着的货币团块,在圆形轨道上环绕着地球运转。”1966年,美国的阿波罗计划正在如火如荼地进行之中,NASA用于这一宏伟计划的预算占到整个联邦政府预算的4.41%,达到59.33亿美元。NASA在1973年发布的报告称,阿波罗计划总成本为254亿美元(相当于2021年的2632.9亿美元)。航天事业花费巨大,消耗的金钱数目看起来都像天文数字。
环绕地球运转的国际空间站每年耗资约30亿美元,用以维持其正常运行,确实如同一个漂浮在太空里的巨大金块。中国1992年开始载人航天工程,截至2011年,这20年中总共投入350亿元人民币;“天问一号”计划的全部投入在50亿到100亿元人民币之间。那么,花那么多钱搞航天是否值得?又是否能够带来相应的回报呢?
早在1970年,赞比亚的一位修女尤肯达(Mary Jucunda)就提出类似的问题。她写了封信,寄给时任NASA马歇尔空间飞行中心科学副总监的施图林格(Ernst Stuhlinger)博士,问道:“目前地球上还有这么多儿童食不果腹,为什么要为远在火星的项目花费数十亿美元的巨资?”
施图林格在回信里附上了一张航天员从月球上空拍摄的地球照片,照片的背景是繁星点点的漆黑天空,天空里的地球看起来不再是我们脚下广阔无垠的土地和海洋,而只是一颗小小的蓝色弹珠。施图林格说:“它(这张照片)开阔了人类的视野,让我们如此直观地感受到地球是广阔无垠的宇宙中如此美丽而又珍贵的孤岛,同时让我们认识到地球是我们唯一的家园……在这张照片公开发表之后,面对人类目前所面临的种种严峻形势,如环境污染、饥饿、贫穷、过度城市化、粮食问题、水资源问题、人口问题等,号召大家正视这些问题的呼声越来越多。”人类对太空的探索可以让人类更好地审视和认识自身,激励大家更加努力地保护地球家园。在信的末尾,施图林格说:“太空探索不仅仅给人类提供了一面审视自己的镜子,还能给我们带来全新的技术、全新的挑战和进取精神。”
很多人认为航天投入巨大,似乎超过了地球上任何其他项目。实际情况并非如此,航天的花费并不比其他重大工程项目多。例如,“嫦娥一号”的总花费估算约为5亿至10亿元;我国进行的5次探月飞行总投入约为50亿元;京广高铁全长约2298千米,建设总成本接近4000亿元,平均每千米成本达1.7亿元;在大城市,地铁修建成本每千米约5亿元。相比之下,载人航天工程的花费确实并不算多,用于“嫦娥一号”乃至探月任务的经费只够在大城市修造几千米的地铁。此外,据统计,中国人每年在餐桌上浪费粮食800万吨,价值高达2000亿元。浪费才是真正的“不值得”。
很多人也会提出疑问:花钱修地铁可以解决公共交通问题,我们很多人用得上,可是,花那么多钱建一个地球上绝大多数人都上不去的空间站,也不能解决我们的生活和经济问题,究竟有什么意义呢?在科学探索方面,风物长宜放眼量,我们应该尽量把眼光放长远一些。目光短浅会束缚我们的想象力、理解力,也会阻碍科技的进步和社会的发展。今天我们毫不怀疑达尔文(Charles Darwin)的科学贡献对于人类社会的巨大影响,但是,假设回到达尔文时代,我们很可能也会提出类似的问题:达尔文花那么多钱满世界跑,看那些稀奇古怪的动植物,有什么意义呢?这样的问题显然是短视且可笑的。航天科技和地面人类社会的发展其实是互利互惠的,一方面,“地为天用”,地面的科技进步为航天事业的发展提供力量;另一方面,“天为地用”,航天科技会给人类社会的发展带来长期回报,其成果能够在很多方面造福社会。
科技的发展能够推动社会的发展,滋养人类的探索精神。航天科技的进步让人类得以走出地球、迈向太空,可以从宇宙视角重新观察地球,从更高层面上审视和思考人类自身的许多重要问题。
施图林格提到的从月球上空拍摄的地球照片是“阿波罗8号”在飞往月球的途中拍摄的。在“阿波罗8号”任务期间,航天员安德斯(Bill Anders)从飞船上拍摄了这张名为《地球升起》的照片。在“阿波罗17号”任务时,航天员给地球拍了张大头照,名为《蓝色弹珠》,照片里的地球看上去只有我们小时候玩的玻璃球那么大。《地球升起》和《蓝色弹珠》这两张照片都为世人熟知,我小时候中学地理课本的封面就用过《蓝色弹珠》这张照片。
这两张照片让我们认识到,作为全人类的家园,地球在宇宙里是如此渺小和脆弱,需要人类共同去呵护。这两张照片的出现对环境保护运动起到很大的促进作用:1970年,第一个“世界地球日”得以设立;在随后的几年里,美国成立了环境保护局,含铅汽油被禁止使用,洁净空气法、全面清洁水法案获得通过,濒危物种法被更新,等等。
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图 1-7 从太空拍摄的地球照片。a. 蓝色弹珠;b. 地球升起;c. 火星上看到的地球(箭头所指);d. 暗淡蓝点,图中箭头所指的小亮点是地球。与图a—c相比,图d是经过更高的放大倍数才看到的(图片来自NASA)
美国第一位进入太空的航天员谢泼德(Allan Shepard)曾说:“如果有人在我上天之前问我:在月球上看地球,你会不会激动万分?我肯定会说:才不会呢!但是,当我站在月球上第一次回望地球时,我泪流满面。”我国航天员张晓光说过,在太空看地球,大部分都是海洋,能够居住的陆地其实不多,所以我们要保护好我们生存的环境,保护好我们居住的地球。
1990年2月14日,“旅行者1号”探测器已经飞过海王星,来到太阳系八大行星的外围,距离地球60亿千米的缥缈空间。在情人节这天,“旅行者1号”蓦然回首,为地球拍下这张名为《暗淡蓝点》(Pale Blue Dot)的照片。从这个角度看,地球不过是浩渺宇宙里的一粒粟米,发出微弱的淡蓝色的光,但这是一粒承载了万物生灵、芸芸众生的粟米,这粒粟米看似微不足道,对人类来说却弥足珍贵,难以替代。
施图林格博士在回信里向修女尤肯达展示了从太空拍摄的地球照片,能从遥远的空间为地球拍照片,这本身也是人类技术巨大进步的体现。在阿波罗计划的十余年间,太空行走、交会对接、多人多天太空生存、月面软着陆、地月往返、月球车等重大问题的解决,将工业和大学紧密凝聚在一起。从月球带回的月岩为探索月球起源、太阳系起源及地球生命起源提供了重要线索。
空间科技的发展也可以在很大程度上激发青少年的求知欲、好奇心。阿西莫夫(Isaac Asimov)说过:“正是人类才有好奇心。也正是人类,永远在用无法抵抗的对未知的探求欲望来折磨自己。”
1984年,NASA启动在中小学教师里选拔太空教师的任务。经过严格测试和筛选,时年37岁的女教师麦考利夫(Christa McAuliffe)脱颖而出,如果不出意外,她将搭乘航天飞机进行太空授课。当时,作为麦考利夫的候补,还有一位名叫摩根(Barbara Morgan)的女教师也通过了筛选。1986年1月28日上午,麦考利夫和另外6名航天员乘坐“挑战者号”航天飞机升空。不幸的是,“挑战者号”航天飞机升空后不久,由于火箭助推器的燃料舱出现泄漏,航天飞机在高空爆炸,7名航天员全部罹难。麦考利夫牺牲在前往太空的路上,未能实现太空授课的梦想。
2007年8月8日,原本作为替补太空教师的摩根乘坐“奋进号”航天飞机飞向太空,成为真正的太空教师。2007年8月14日,摩根通过视频,向地面的孩子们展示了在太空里做运动、喝水等奇特情景。
20世纪60年代,美国有一对双胞胎,其中的弟弟名叫斯科特·凯利,小时候非常调皮,也闯过不少祸,但是,自从看过阿波罗登月的电视直播后,成为一名航天员就成了他的志向。为了实现这一梦想,他如同脱胎换骨般发奋学习,长大后终于成了一名航天员。凯利在空间站期间经常与地面连线,和中小学生进行对话。中小学生排着队逐一上台提问,凯利对这些幼稚但有趣的问题逐一回答,耐心且幽默。一个个头比讲台高不了多少的小女孩奶声奶气地问他:航天员去天上时带不带捕鼠器,以防止老鼠在实验中逃跑出来?凯利回答这个小姑娘:我们确实开过玩笑说,如果老鼠跑出来,我们会很难找到它们,因为舱里有很多角落和缝隙。凯利小时候曾经被探索太空所激励,长大后,他也启迪了很多青少年,唤起了他们的太空探索之梦。
加拿大从2000年起开展“太空番茄项目”(Tomatosphere Program)。在这一项目里,番茄种子被送上空间站,暴露于空间环境下。返回地面后,这些种子被分发给多所学校,让学生动手种下这些种子,观察它们的生长情况,也就是让学生通过动手来亲身参与航天研究。这个项目持续至今,已经有超过18 000个班级的300万名加拿大学生参与。此外,很多中学生提出的奇思妙想也被采纳,在空间实验室或空间站里进行了验证。1973年,美国马萨诸塞州的中学生迈尔斯(Judy Miles)提出了在太空里观察蜘蛛的结网行为,该想法被采纳并在“天空实验室”空间站里付诸实践。我国对中学生提出的空间实验方案也很重视,航天员景海鹏展示过在空间站里养蚕,这是香港中学生提出的一个研究项目,目的是探究蚕在空间环境下生长、发育的变化。景海鹏发现,与在地面时的情况相比,这些生长在太空里的蚕宝宝长得不是很健壮,也不太爱活动。
我国航天员也曾面对地球上千千万万的人进行太空授课。2013年6月20日,“神舟十号”乘组三名航天员精心组织准备了我国第一次太空授课盛宴,王亚平担任主讲,景海鹏配合她开展实验,擅长摄影的张晓光是这次太空授课的摄影师。在王亚平第一次进行太空授课前夕,世界上首位太空授课主讲人摩根女士给王亚平来信,对她的太空授课表达了热切的期盼和热情的鼓励。
2021年12月9日以及2022年3月23日,“神舟十三号”乘组又先后进行了第二次和第三次太空授课活动。探索太空是青少年非常感兴趣的话题,而聆听太空授课、与航天员对话和讨论科学问题,对他们的好奇心和求知欲无疑是极大的激励。从2013年到现在,10年时间倏然而逝,聆听王亚平太空授课的中学生,如今也已经成年,其中有些人也走上了航天之路。
从1957年到1975年,美国和苏联的太空竞赛持续了近20年,大量财政预算投入航天领域而影响了国民经济的发展,这一点对苏联的影响更为明显。但是,换个角度看,将钱财用于科技探索,总比直接用于战争、互相扔炸弹要好。最早用于空间生命科学研究的V2探空火箭,原本是第二次世界大战期间德国为军事用途而研发的,战争结束后美国将之用于空间探索,这也算是一种“化干戈为玉帛”。
20世纪60年代后,尽管美苏两个超级大国长期在航天领域争霸,但在激烈竞争的氛围下,交流、互访也在断断续续地进行。1969年7月,首次执行绕月飞行任务的美国航天员博尔曼(Frank F. Borman Ⅱ)访问苏联;同年10月,苏联航天员别列戈沃伊(Georgi T. Beregovoi)和费奥克蒂斯托夫(Konstantin P. Feoktistov)回访美国。在1970年5、6月期间,登月第一人阿姆斯特朗访问苏联,他参观了位于星城的加加林宇航训练中心,也见证了苏联“联盟9号”飞船的发射。4个月后,刚从太空返回的苏联航天员尼古拉耶夫(Andriyan Nikolayev)和谢瓦斯季亚诺夫(Vitaly Sevastyanov)抵达美国,进行了为期10天的友好访问。
1975年7月15日,美国和苏联共同开展了阿波罗号—联盟号联合飞行计划,这次实验的目的是测试国际空间救援飞行中所需的载人飞船的交会对接系统。“阿波罗号”和“联盟号”成功交会和对接并共同飞行了近两天,在此期间两国的航天员进入对方的航天器进行访问,双方还共同开展了35项科学实验。
出于对成本和安全风险的考虑,2010年7月起,美国决定让所有航天飞机退役。由于美国没有发展载人飞船,所以后来很长一段时间里美国航天员都是借助俄罗斯的载人飞船往返天地之间。1995年3月14日,美国航天员萨伽德(Norman Thagard)成为首位乘坐俄罗斯发射的航天器上太空的美国人。2022年初,俄罗斯与乌克兰发生冲突,牵涉到美国和欧洲等很多国家的利益。尽管地缘政治局势紧张,美国与俄罗斯仍在国际空间站上开展密切合作。2021年4月登上国际空间站的美国航天员范德·海(Mark Vande Hei),按计划于2022年3月30日搭乘俄罗斯“联盟MS—19”飞船返回地球;2022年10月,俄罗斯航天员基金娜(Anna Kikina)搭乘美国太空探索技术公司(SpaceX)的“龙”飞船前往国际空间站。
中国空间站已于2022年完成所有建设任务,将在互相尊重、平等互利、开放透明的原则基础上,与世界各国开展载人航天合作。包括美国、日本在内,迄今至少已经有27个国家提交了中国空间站的使用权申请,已经有一些国家获得批准。
近年来,中国航天进入创新发展“快车道”,神舟飞天、北斗组网、嫦娥探月、天问探火、天宫空间站建设等辉煌成就振奋人心、举世瞩目。《2021中国的航天》白皮书的数据显示,自从2016年以来,我国已经与19个国家和地区、4个国际组织签署了46项空间合作协定或谅解备忘录。我国将不断开展广泛的国际合作,推动空间科学、空间技术、空间应用、学术交流、人才培养等领域的共同发展。
今天,当我们行走在大街小巷,经常可以看到航天题材的塑像、手办、绘画或玩具。航天元素似乎也成了经济发展的一种推动剂。实际上,太空探索不仅能推动人类航天事业的发展,也能给人类带来许多具有实用价值的新科技、新发明,造福社会。20世纪60年代,美国的阿波罗登月计划共获得3000多项专利,使美国的高新技术产业发展大为受益。据统计,共有三万多种民用产品得益于航天技术成果,航天领域的人工智能、遥感作业等技术也带动了工农业的繁荣。因此,对航天事业的投入会产生长期的巨大回报。根据美国和欧洲多家研究机构采用不同模型进行测算的结果,在航天领域投入的每1美元,可产生7—12美元的回报。
中国航天事业的发展,同样创造了不可忽视的经济效益。我国1100多种新型材料中有80%是在空间技术的牵引下研制完成的,已有近2000项空间技术运用于通信、医疗等行业,我们社会的进步和生活的改善都受益于航天科技成果的运用。
随着科技辅助设备的不断涌现,我们很多人成了路痴,出门找路必须依靠GPS或者北斗定位系统支持的电子地图。GPS和北斗系统,都是航天科技发展的产物,这些航天科技的民用化为我们的日常生活提供了极大便利。磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)技术如今广泛用于医疗行业,可以通过分层扫描获得人体不同组织、器官的立体影像,提高疾病诊断效率和精度。而正是航天科技成果应用到磁共振成像技术中,才推动了它的革新与进步,例如,用于提升月球图片清晰度的数字图像处理的技术,在医学领域被用来创建和增强人体器官的图像。其他一些高大上的设备,例如太阳能电池板、净水设备、氢能源汽车等,也都源自航天科技,或者与航天科技有着千丝万缕的联系。阿波罗时代不断走向成熟的计算技术,也为后来世人皆知的微软和苹果等高科技公司的涌现起到了重要的推动作用。
尿不湿、方便面、脱水蔬菜、电脑鼠标、数码相机,都是我们生活里的常见物品,但是如果有人告诉你这些东西都是航天技术的衍生产品,你是否会相信?此外,现在床垫或者枕头常用到的记忆海绵,以及笔记本电脑、条形码、魔术贴、烟雾探测器、气垫鞋等,最早都是在航天领域出现、为解决航天遇到的问题而被发明出来的。
空间生命科学研究有助于药物开发和治病救人。在空间环境下,地球生物的生理、行为会出现多方面的改变。对人和动物而言,骨质疏松是进入太空要面临的一个重要生理挑战。美国的一家制药公司曾经在航天环境里进行实验,对相关药物在缓解小鼠骨质疏松中的功效进行评估。
近几十年来,航天事业的发展拓展了人类活动的范围,也将旅游业的边界延伸到了天上。2021年12月8日,日本亿万富豪前泽友作在助手平野洋三的陪同下与俄罗斯航天员米苏尔金(Alexander Misurkin)一同乘坐俄罗斯“联盟MS—20”飞船飞往国际空间站,展开了为期12天的太空之旅。有人将其称为太空旅游元年,但这个说法并不准确。其实,早在2001年4月30日至5月6日期间,已届花甲之年的美国富豪蒂托,就支付了2000万美元的昂贵门票,去国际空间站度过了大约一个星期的时间。蒂托不是航天员也不是科学家,去太空纯粹是旅游,因此,蒂托才是首位太空游客,自此太空商业旅游的幕布逐渐拉开。2021年7月11日,维珍银河创始人布兰森(Richard Branson)乘坐自家公司的太空飞机完成首次人类的亚轨道旅行,但只有十几分钟。9天后,蓝色起源公司也将两名乘客送入太空。2021年9月15日,SpaceX将4名普通人送入太空,包括38岁的科技企业家艾萨克曼(Jared Isaacman)、51岁的地球科学家普罗克特(Sian Proctor)、42岁的航空航天数据工程师桑布罗斯基(Chris Sembroski)和29岁的医师助理阿西诺(Hayley Arceneaux)。
但是,目前太空旅游只有富豪才能体验得起。2018年时,维珍银河的飞船还处于测试期,共有6个座位,每个座位票价就已高达25万美元。如今蓝色起源公司飞船票价格拍卖到了数千万美元。SpaceX的票价最贵,号称4个座位票价总共2.2亿美元。不过,太空旅游仍在高歌猛进。俄罗斯国家航天集团公司和中国长征火箭有限公司也计划在2024年开展平民太空旅游项目。我国发布的《2021中国的航天》白皮书里,提出将培育太空旅游、太空生物制药等经济新产业。未来,往返于天地之际或者穿梭于星球之间都将陆续成为现实。终有一天,航天会成为寻常百姓都可以参与的事情,大众也不会再像今天这样对航天感到神奇和关注,因为那时航天已经成了稀松平常的事,就如同我们现在坐飞机旅行。
在不远的未来,如果你的大款朋友对你说他下个周末想去月亮上度假,这可能不是开玩笑,也不是他喝多了,而是真的。