中国载人航天的未来 是飞向火星还是…

　　最近两个月，载人航天再次成为媒体热点。不过，和NASA无关，和国际空间站无关，也和航天先驱俄罗斯、欧洲无关。只有两个关键词：中国、马斯克。

　　9月15日，中国用长征2F-T2火箭成功发射了天宫二号空间实验室。一个月后的10月17日，航天员景海鹏和陈冬乘坐神舟十一号飞船进入轨道，两天后和天宫二号对接成功。11月18日，神十一机组将在完成天宫一号第一阶段任务并创造留空33天的中国载人航天新记录后，返回地面。天宫二号任务有不少看点，比如中期驻留、景海鹏三次进入太空、伴星二号小卫星、包括量子密钥分发和香港学生的蚕宝宝实验在内的一系列科学实验，以及计划于明年进行的货运飞船对接和推进剂在轨加注试验,等等。即便有这么多看点，传统和网络媒体也进行了大量的报道，但和天宫一号相比，公众和网民的热度已经明显降低。这其实非常正常，它表明中国载人航天工程已经进入了成熟阶段，载人飞行任务正在变得越来越常态化。

　　在天宫二号发射后不到两周，于墨西哥召开的国际宇航大会（IAC 2016）上，SpaceX创始人、有着“钢铁侠”美称的马斯克发布了他的火星殖民计划和近乎变态的巨无霸火箭和飞船（马斯克和国外媒体通常用非正式名称BFS、BFS称呼它们。但抱歉，这两个词直译有点污，本文姑且译成巨无霸，或直接上原文）。万吨火箭、百人飞船、低廉的票价、难以置信的日程表、火星表面燃料生产、百万人殖民计划，乃至终极的“多星球物种”目标，即刻震惊了全世界。作为一个私企，它确定的这个目标远远超过了数十年来所有野心勃勃的、最具想象力的政府航天计划，甚至在某种程度上已经超越了很多科幻小说。然而，你又必须承认，马斯克这些年来夸下的海口，包括私企发射火箭、私企研制飞船、火箭的复用等，无一例外都实现了。所以，对这个疯狂的、近乎臆想的计划，你又不得不认真对待。哪怕它只实现了十分之一，甚至百分之一，也足以改变人类的命运（想象一下，即使只有一万人移居火星，也会对人类命运产生巨大影响）。

　　同时发生的这两件事情看似无关，但却具有象征意义。它所暗示的是，半个多世纪前由加加林飞天开始的、长期由美俄主导的人类载人航天事业即将进入一个新的阶段。国际空间站将在若干年后结束使命、再入大气层坠毁或交由私人企业进行商业化运营，中国空间站将成为人类在近地空间最重要、很可能是唯一的据点。NASA将把主要精力转向深空飞行，而以SpaceX为代表的美国航天私企不仅将进入近地轨道，还雄心勃勃地将目标锁定在了改变人类命运的火星殖民上。中国将代替俄罗斯成为唯一有能力在载人航天上和美国匹敌的国家，并和美国一起共同引领人类的太空事业。一个崭新的格局即将开始。

　　中美两国将决定未来载人航天，甚至从某种意义上来说，将决定人类的未来。然而两国的选择却有着明显的差别。无论NASA，还是SpaceX，都对近地空间却并无多少热情，他们的目标都是火星。而中国，却更多将资源投入到地球附近，包括即将建设的近地轨道空间站，以及作为远期规划的载人登月。那么，这两条路线哪条更明智？中国是不是应该采取跟随策略，也要为载人火星飞行未雨绸缪呢？

　　火星之梦

　　我们先来看看马斯克的火星殖民计划到底靠不靠谱吧。在墨西哥的发布会上，马斯克不仅公布了巨无霸火箭和飞船的设计及它们的主要参数，同时也展示了猛禽发动机试车和12米直径碳钎维复材液氧储箱实物的影像，目的是提醒大家这不仅仅是个PPT计划。SpaceX设计的火箭和飞船的尺度虽然极为夸张，但仍然基于常规火箭技术，其中比较前沿的甲烷发动机、碳纤维储箱和箭体、太空对接和燃料补给、助推器回收重复使用等也都有一定的实践基础和成熟度。实现这个计划并不需要什么天顶星技术。因此，纯粹从技术角度讲，这个火星计划是成立的。

　　相比技术，马斯克给出的时间表却切实惊人。SpaceX计划于2018年发射一艘红龙飞船登陆火星，此后每两年就会有一次发射。2022年BFR首射，2026年首次火星载人飞行。就是说，我们所有活着的人都能在十年内看到载人登火这伟大的壮举——这简直就是当初肯尼迪宣布美国要在十年内登月的历史重复。试想，此话如果不是出自马斯克之口，基本上都会被认为是疯子的呓语，没人会理睬。人们从阿波罗时代起就开始谈论载人火星飞行，但半个世纪下来毫无进展。NASA已经制定了火星登陆的目标，但仅仅是送几个人上去，也要等到30年代中，花费上千亿美元——如果出现奇迹的话。按照NASA一贯的德性，大幅延期甚至半途而废的概率极大。马斯克的计划更惊人的一点在于，他的第一艘红龙火星飞船将在不到两年内发射。虽然和BFS相比是个侏儒，但红龙仍将是有史以来登陆火星最大最重的航天器，也将是载人飞船（虽然不载人）在火星的首次软着陆。鉴于龙飞船的成熟度和SpaceX良好的历史记录，大家似乎还挺愿意相信这会成真。

　　红龙飞船在火星上着陆的想象图

　　虽然理论上可行，但马斯克的火星计划要变为现实仍然充满着大量技术挑战。举例说，BFR第一级42台发动机已经超过了前苏联那超级背运的N1登月火箭。大量发动机并联的可靠性一直饱受诟病。SpaceX是不是还能如猎鹰九号那样，化多机并联的低可靠为多机冗余的高可靠，还是一个问号。回顾历史，马斯克以往的很多计划也相当激进和超前（例如火箭复用），经常被认为是大忽悠。令世人大跌眼镜的是，他居然做成了NASA和各国航天局几十年来都没能做成的事情。当然，这里面或多或少有着运气的成分。但最近两年猎鹰九号两次爆炸，说明好运也不可能永远都眷顾马斯克。相信他的火星计划也不会例外。

　　然而，火星殖民计划真正的挑战，或者说横亘在面前、可能无法跨越的坎，是它所需的巨额资金、它的不可延续性及其导致的不确定性。马斯克在墨西哥说，最终去火星的船票可以降到20万美元，就是美国一幢房子的钱，但他没有说降到这个数字之前需要烧掉多少钱。首先，实现2026首次载人登火（那时还不可能卖掉一张船票，也不可能多次重复使用火箭和飞船）需要多少钱呢？马斯克说大概要100亿美元。虽然这已经是NASA火星计划的一个零头了，但以SpaceX一己之力投这么多钱也是非常困难的，估计还得依赖NASA的援手。而即便首航顺利实现，从那时起到船票降到20万美元之间那才是最为艰难的一个阶段。马斯克没有说这个过程需要多少钱，他指望用乘客付船票的钱来支持。可以想象，起初的船票将非常昂贵，飞行的风险也非常大，还需要付出可能是一辈子的机会成本，会有多少人愿意做这样一次说不定是有去无回的旅行？如果没有足够的乘客（移民）和飞行次数，复用的经济性将无法体现，价格就不可能下降。极有可能这个计划会掉入一个不可持续的陷阱。一旦计划失去自我滚动能力，它就非常容易受到外部因素影响而终止。马斯克自己最担心的则是，如果他个人突然离世，公司被唯利是图的人控制，计划马上就会夭折。

　　话说回来，马斯克从来就是个乐观主义者。对他来说，梦想是一定要有的，万一成功了呢？

　　中国道路

　　回头再来看看天宫二号和中国载人航天计划。和五年前天宫一号发射，并相继和三艘飞船进行交汇对接相比，天宫二号任务似乎已经没有那么激动人心了。然而，天宫二号对中国航天的重要性一点也亚于其前身。事实上，它不仅仅是一个“实验室”，它是通向未来空间站、承上启下的关键一步。

　　中国体制的一个优势是，重大计划通常很有前瞻性，实施过程有良好的稳定性和延续性，执行能力也非常强大。中国的载人航天计划和探月工程就是典型例子。从载人航天921工程开始，所制定的“载人飞船——载人航天关键技术（舱外活动、交会对接、空间实验室）——空间站”三步走计划已经接近完成第二步。在将近四分之一个世纪的时间中，不仅大目标从未变化，实施路径也没有重大调整。基本上，25年前预想的蓝图都一步步地变为了现实。这在世界航天史上很少有先例。国际空间站应该算是最成功、执行时间最长的项目了，但和当初的设计相比，也已经大大缩水了。我们看到的更多的，是一堆PPT和地面上的模型，比如小布什重返月球的星座计划。

　　天宫二号虽然有个实验室的称号，也的确实施了一系列亮眼的实验，但归根结底实验不是它最主要的目的。它的主要使命是为未来空间站验证一系列关键技术，包括航天员中期驻留、太空货船对接和补给、推进剂在轨补加、柔性太阳电池阵、空间机械臂等。当然，对美、俄这两个老牌航天大国来说，这些都不算什么，有的东西他们几十年前就玩过了。但中国并非是在做简单重复。由于装备了最新的数字化电子设备，神舟飞船的整体水平可以说已经超越了俄罗斯的联盟号。天宫二号虽然吨位不大，但技术起点不低。除了先进的电子设备，它还使用了不少国际空间站相同的技术，例如用来控制姿态的CMG（控制力矩陀螺）。天舟货运飞船的载荷能力则超过进步号、美国私企的龙和天鹅座飞船，和欧洲和日本的货运飞船相当。而它的在轨推进剂补加能力到目前为止也只有俄罗斯具备（欧洲采用俄罗斯标准）。

　　未来六年中，中国将完成自己的模块化大型空间站。它的规模虽然小于国际空间站，和前苏联和平号相当，但在技术上将达到一个新的水平，其中不乏中国独有的创新。中国空间站将围绕核心舱搭建，这一点类似和平号，但它却配备了桁架式空间站（国际空间站）才有的大型柔性太阳电池阵，使得它看上去像是和平号和国际空间站的混合体，而建造成本却比桁架式空间站低很多。中国空间站上计划采用的电推系统和配套的共轨光学舱（太空望远镜），则都是世界首创。可以说，中国空间站是充分吸收以往空间站优点，通过再创新设计建造的、很好地平衡了先进性、经济性和实用性的新一代空间站。

　　美国知名航天评论家詹姆斯·奥伯格（James Oberg）认为，中国在利用以往自己和他人技术经验上是各国做的最好的。必须说，这是一个非常客观的评论。

　　中国已经制定了空间站之后的载人航天远景规划，那就是载人登月和月球基地。在顺利完成载人航天三步走和探月三步走（绕、落、回）计划之后，将载人和探月两个计划合二为一是逻辑上合乎情理的一步。按照“动力先行”的一贯思路，中国已经开始研发500吨级液氧煤油发动机和200吨级氢氧发动机，然后是近地轨道能力百吨级的长征九号火箭。最终将在2030年代实现载人登月。

　　从目前公布的计划看，中国并无长远意图进行载人登火。中国将长期发展空间站，同时进军月球。中国载人航天的活动空间将从近地轨道一直延伸到月球（这个范围可以称为地月空间）。中国航天规划一贯着眼长远，并具有强大的执行力。因此，可以相信，只要中国经济保持稳步增长，中国空间站将取代国际空间站的地位，中国将成为未来近地轨道载人航天的主导者，载人登月也一定会成为现实。

　　可持续的未来

　　行文至此，火星或地月空间更该去哪里的问题仍然还没有解答。在找到答案之前，让我们先思考一个简单的问题：为什么飞机上天半个世纪后，已经有成千上万人每天进行航空旅行，而载人飞船上天差不多长的时间后，整个人类还是只有几百个人才上过太空？

　　这个问题其实不难回答，那就是载人航天耗资巨大，但需求有限，更无直接回报，导致了它只能依靠政府投入，无法自我发展和持续，结果必然是缓慢的发展。人们曾经设想过载人航天各种各样的应用和需求，例如科学研究、军事应用（苏美都规划过军事空间站，甚至还有太空战斗机和轨道轰炸机的设想）、太空工厂、太空旅游等等。但今天在太空中，几乎所有的宇航员——除了少数几位太空游客外——来到太空都是为了进行科学实验，或仅仅出于探索目的。到目前为止，还没有出现过一次应用性质的载人航天任务 - 无论是民用还是军用目的。原因很简单，那就是人能在太空完成的工作，几乎都能由无人航天器或机器人来完成，而且更便宜、更高效、更安全、质量也更高。其实，随着机器人和人工智能技术的发展，科学实验也都可以无人执行——除非人体本身就是实验品。

　　其实有一个结论已经呼之欲出，那就是，只有以人在太空的存在为前提的需求，才是载人航天真正的需求，比如，人体科学实验、太空旅游、太空移民。以长远的眼光来看，载人航天的未来应该基于这样的内在需求。但这还不够，只有形成可自我发展的规模化太空经济，才能支持载人航天长期的可持续发展。太空科学研究不具备这个条件，太空旅游则有理由成为未来支持载人航天的主要动力，而太空移民则是载人航天的终极目的。

　　马斯克的火星殖民方向无疑是正确的，这也是人类文明发展到一定程度之后的必然产物。但目前时机是否已经成熟？我们前面已经做过分析，火星殖民的巨大风险和高昂的时间成本，可能使它无法吸引到足够多的乘客。这样就无法大幅降低成本，实现自我滚动和发展。它很可能会演变成只有有限志愿者参与的昂贵的冒险，最后被迫终止。

　　在可预期的未来，人类必将大规模进入太空，而从近地轨道到月球的地月空间会比火星更有可能成为人类的主要活动范围。太空旅游由于其可持续性，将是最有可能启动这个进程的规模化应用。作为航天大国的中国不能、也应该不会缺席这个进程。

　　中国目前还没有将太空旅游作为载人航天主要目标。但随着技术成熟度的提高，开发太空旅游是水到渠成的事。相比火星殖民，地月空间的太空旅游具有更大的市场、更小的技术难度和风险、以及更低的成本。如果马斯克的计算没错，他的巨无霸火箭和飞船如果用于低轨太空旅游，最终船票价格将大大低于20万美元，即低于目前亚轨道太空旅游的价格。这将是一个真正有可能爆发的市场。未来二三十年中，如果中国继续沿着目前的方向走下去，很有希望在地月空间中取得优势。利用这个优势，可以在太空旅游市场中取得较大份额。和马斯克不同的是，中国航天用的是纳税人的钱，载人火星登陆的昂贵成本和巨大风险远超登月，是不可承受之重。因此，中国航天脚踏实地地在地月空间稳步发展是完全正确的。这就是本文对标题中提出的问题给出的答案。

　　当然，要实现这个战略目标中国目前尚缺乏一个关键能力，就是廉价的天地运输系统。这是未来谁都绕不过去的一个坎。可以说，它比空间站、登月和火星计划都重要得多。马斯克已经先行一步，中国应该急起直追。与其进行耗资巨大的火星计划，还不如集中资金研发可复用的运载工具。令人欣慰的是，最近的报道已经越来越多地表明，中国已经在进行自己的可复用运载器的研制，并已取得了可喜的突破。

　　NASA的载人航天，在航天飞机和国际空间站之后曾经迷失了方向。克林顿时代的X-33单级入轨航天飞机、小布什的重返月球计划都已经无疾而终。奥巴马的火星计划是否能坚持到底，还得看新总统特朗普的喜好和美国的经济状况。接下来真正的看点也许就是中国和马斯克。中国空间站的建成将是一个里程碑，将为未来载人登月和地月空间的大规模开发奠定基础。马斯克的火星殖民计划风险巨大，但他花的是自己口袋里的钱和乘客的船票钱，的确可以任性地赌一把。一旦赌赢，将有非凡历史意义。

　　天宫二号第一阶段任务的圆满完成，是一个好兆头。愿中国航天人能坚持自己的道路，实现既定的目标。也祝马斯克好运！（　航天爱好者，英文电子杂志“Go Taikonauts”创办人之一陈蓝）