第四疆域的风情,悄然来袭

第四疆域的风情,悄然来袭
人类进步的每一次大飞跃，都以对疆域的开拓和利用为标志。

最初的人类只适应陆地，然后开始向海洋进军；19世纪人类飞上蓝天；20世纪50年代，人类进入太空。

随着科学的进步，人们把外层空间称为人类生存的第四疆域。

――顾逸东
谈到载人航天、航天技术，人们总是下意识地认为，这样的高科技前沿领域离普通人的生活过于遥远。

因为它们和神秘莫测的世界打交道，因为它们涉及到的学科复杂而又深奥，所以在大多数人看来，载人航天只是火箭、卫星、航天飞机、空间站……其实，在商品品种层出不穷的今天，这些昔日人们认为不可能接触到的“高科技”，随航天应用的民用发展早已经悄悄地走近人们，丰富着人类多样的生活，为人类造福。

顾逸东曾经把太空比作“第四疆域”，那么，借用顾逸东生动的比喻，第四疆域的风情正悄然来袭。

一本“万”利
航天飞机、空间站的出现，使人类能够利用微重力、超低温、强辐射、高真空等独特条件开展多方面的科学研究。

在空间站内，航天员制作出了杂质少、表面缺陷小、质地精良的半导体、金属材料、玻璃、陶瓷和光学元件；生产出了纯度比地面高100倍的抗流感制剂、抗病毒干扰素和用于治疗烧伤的表皮生长素等30多种质量佳、疗效高的药物；他们还可以使蛋白质分子按本身的立体结构排列起来，形成纯度高、性能超群的蛋白质晶体，促进新药的开发、疾病的研究和防治……现在，大量的空间科学技术研究成果已经转化为产业，空间通信、导航以及相关的制造业、服务业等十分庞大，都已成为空间产业相当重要的组成部分。

在载人航天技术的催生下，一系列民用产品崭露头角：如利用双向遥测技术制造出的可被监测、调控的心脏起搏器，受载人航天器表面可减少气动阻力的罗纹启发而研制出的罗纹游泳衣等。

在生命科学实验方面，在人体的几百万种蛋白质中，人类已经了解的不足百分之一。

但在空间微重力环境下，蛋白质可以生长出很大的晶体，可以用来进行结构分析。

如果应用到制药上，每分析成功一种蛋白质的结构就会生产出一个新产品。

据悉，美国一般用于开发一种新药的研发费用在5到10亿美元，平均耗时5年左右。

空间环境下研究蛋白质无疑会大大提高效率和质量，其成果可能用来改变人类健康状况，解决食品、医药等问题，大大提高人的生存质量。

在微重力流体科学和材料科学方面，航天应用也有着无限的前景。

一位资深中国科学家做过一个统计：中国一年需要约20亿吨煤，如果能通过空间燃烧试验把煤燃烧的效率
提高百分之一，按每吨煤400元人民币计算，每年就是80
亿元的经济效益，还有巨大的环境效益。

美国用一种叫做“沸石”的材料作为催化剂炼油，科学家们以提高炼制效率百分之一为目标，在空间展开研究，如果成功，按照美国每年炼油花费900亿美元来算，一年可节约9亿美元。

由此可见，载人航天空间应用对国家的政治、经济和科技发展有着何等重要的战略意义。

NASA的专家曾经估算，
美国在载人航天方面每投资1美元能收到9美元的效益，他们有30 000多种民用产品得益于研制航天飞机所发展起来
的技术，更不用说航天飞机飞行100多次所带来的科学成果。

各国应用发展大盘点
俄罗斯、美国和欧空局是世界航天领域的三股重要力量。

航天应用的民用发展，各有可圈可点之处。

依靠企业的研发力量，美国的载人航天应用技术总能较快地走入普通老百姓的生活。

作为世界头号航天大国，美国从发射第一颗人造卫星开始就一直把航天应用作为首要目的。

20世纪60年代初，美国开始在“水星”号、“双子座”
号飞船上试验可见光照相技术。

此后，Landsat卫星系列持续观测地球30余年，它们让美国时刻掌握着全世界的地理信息。

20世纪90年代美国在一次航天飞行任务中，利用航天
员操作展开了3根巨大的天线，进行了世界上首次合成孔径雷达三维立体对地观测，获取了覆盖大部分地球表面的三维立体高分辨率雷达影象，效益可见一斑。

在早期的研究过程中，空间材料科学就直接服务于航天应用技术的发展。

从1981年起，NASA利用航天飞机进行了大量的空间材料科学研究，NASA制备的空间材料包括功能
晶体、金属和合金、玻璃、陶瓷材料。

现在，空间材料科学正向着开发新材料、空间制备的特种工艺等方向发展。

另外值得一提的是，美国已经建立了相应的军、民用空间环境数据库系统，实施数据收集、管理和服务。

SEC是美国民间的
业务型空间环境预报机构，开展常规的每日空间环境预报，为航天、通信、导航、电力等各个行业的用户提供专项空间环境服务，对公众开展空间环境的普及教育。

在美国，一个太空试验能否上天很大程度上取决于它是否能为地面公共事业带来更大的利益。

正是在这项原则的指导下，美国载人航天应用科技成果转化的比例才能有那么高。

通过空间计划获得的技术已经为美国增加20 000亿美元的
利润。

21世纪的前10年，这个领域预期的高额利润将吸引
6 500亿~8 000亿美元的资金注入到全球空间工业。

到2010
年，美国在空间的资产将达到5000亿~6 000亿美元。

在航天技术领域，与美国不相伯仲的俄罗斯在应用领域也表现不俗。

1987年，俄罗斯开始出售返回式卫星拍摄的分辨率为5米的图片。

法国研制成功的“Spot”卫星更是当代民用陆地卫星的典型代表，它可以获取地面物体目标的立体像对，提供高分辨率的商用图片。

90年代中后期，美国、日本、印度、以色列的遥感图像产品接连走向市场。

新一代民用微波航天遥感器的发展态势也极为迅猛，各航天强国纷纷凭借技术实力在国际舞台上亮相。

同样也是在20世纪90年代，空间对地观测活动清晰地呈现出走向世界合作的趋势，因此由24个国家发起的“行
星地球”计划正式出台。

这项历时15年的计划将耗资数百
亿美元，建立由一大批卫星或飞船组成的对地观测系统。

通过长期的观察和测量，它们将产生对全球环境气候变化和自然灾害的预报方法，为国际组织和各国政府在制订国家长期发展的环境政策时提供基本依据。

从角逐到合作，各国在载人航天应用民用化的发展道路上不断演绎着新的精彩。

载人航天应用，这个世界各国竞相发展的高新技术领域，不仅拥有巨大的现实经济效益，它潜在的效应还可能改变未来人类的生存空间。

中国，后起之秀
与其他国家相比，中国更重视将载人航天应用与国民经济建设需求相结合，这是中国载人航天应用的一大特色。

载人航天工程应用系统安排了有一定规模、目标先进的对地观测应用研究计划。

在这个计划中，科学家瞄准国际遥感技术发展前沿，瞄准我国的发展需求，抓关键技术突破，重核心技术的掌握。

在成像光谱遥感技术、微波遥感技术、地球环境方面取得了突破性的进展。

20世纪90年代和本世纪初我国在遥感应用技术上的跨越发展为国家的“十一五”计划奠定了基础，众多的高精度可见光成像设备、光谱成像设备、红外和紫外遥感设备、微波散射计、辐射计、高度计、SAR等技术成果都将在海洋卫星、资源卫星、气象卫星等上得到应用。

同时，它也为多个学科开启了新的科学之门，譬如考古学研究。

现在，高光谱分辨率、高空间分辨率的光学遥感数据及多波段、多极化雷达数据大量应用于考古研究，空间遥感技术已成为历史文化遗产发现、保护和管理的重要组成部分。

在我国老一代科学家带动下，空间探测研究领域也显得格外活跃。

我国利用“神舟”号飞船成功进行了多次环境监测和空间材料的科学试验，还利用“神舟”二号飞船开展空间天文探测，积累了宝贵的经验，得到了国内外同行的普遍
关注。

有了载人航天工程大发展这样的机遇，我国建成了空间环境预报中心，开展空间环境预报研究，在预报方法研究、环境效应分析等方面做出了重要贡献。

近年来，空间生命科学和航天医学领域也加快了成果的转化，比如，为模拟太空微重力环境而设计的回转器能够制造出人造耳、人造皮肤等，一旦解决了成骨细胞功能、活性的调控问题，将会为众多骨质疏松患者带来福音。

我国目前还面临着大量的基础理论的探索问题，要瞄准世界科技前沿进行基础性、创新性研究，特别是未来空间材料应用技术、空间材料产业化等问题。

现在，中国已经有不少企业开始将关注的目光投向载人航天科技及其应用领域，在航天技术向民用领域推广应用方面我们还有一段很长的路要走。

在未来10～20年内，我们
将完成以应用为牵引的阶段性跨越，空间科学和应用研究成果将对推动国家经济建设、保障人类健康、提高人民生活质量，为实现人类征服太空远景起到关键性作用，更多的载人航天应用技术将实现“天地两用”的目标，为13亿中国人
造福。