普通中國人也能上太空的日子，離我們還有多遠？

導讀

2021年4月29日，中國空間站核心艙“天和”發(fā)射成功，我和我的朋友中科院國家空間科學中心研究員周炳紅、孫志斌做了一場直播。這期視頻是錄播的第三集，共有三集。第一集見《空間站是怎么發(fā)展起來的？最初還帶了機關炮上去？| 科技袁人》；第二集見《在空間站上種青菜，到火星上種土豆，這是中國科學家的獨特浪漫 | 科技袁人》，本文為該系列第三集內容。

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本視頻發(fā)布于2021年5月14日，觀看量已超95萬

精彩呈現(xiàn)：普通中國人也能上太空的日子，離我們還有多遠？

袁嵐峰

歡迎大家來到《科技袁人》的直播，我們請的兩位嘉賓是中國科學院國家空間科學中心的兩位研究員：周炳紅老師和孫志斌老師。

袁嵐峰：前面談論了空間站的過去和現(xiàn)在，下面我們來談談空間站的未來。對于這些剛剛進入直播間的觀眾，我們再來解釋一下。這個是科技袁人袁嵐峰的直播間，我們非常高興地請到了中國科學院國家空間科學中心的兩位老師——周炳紅和孫志斌兩位老師。

下面我們來展望未來的第一個問題，普通人將來能不能登上中國的空間站呢？我想這個問題應該是觀眾非常感興趣的，還有就是說有沒有可能在其他星球建設空間站，比方說月球、火星。

我們現(xiàn)在僅僅是圍著地球這太近了，將來我們跑得更遠一點，就普通人啥時候能夠上去？

孫志斌：從中國空間站的長期建設來說，也就是說我們今年把核心艙送上去了，隨后的話我們就會把“神十二”、“神十三“，還有”天舟二號“、”三號“這些模塊搭建起來。

中國要實現(xiàn)載人登月的話，我們也知道前面美國、蘇聯(lián)有好多失敗，這些失敗帶來的代價也很高。我們的空間站為了未來的載人，載人要登到月球上。在月球上由于它常年四季的這種安全，由于沒有大氣的保護它的溫差變化比較大，適應度比較低。宇航員到了月球上服務完了以后，他再回到了月球一個?？空荆@個?？空疽苍S就是我們今天所建的空間站，那就叫做月球空間站了。月球空間站它也就起到了一個臨時的這樣一個宇航員長期休整的環(huán)境，這是在月球上。

地球和月球之間的距離相對而言是比較近的，但是到了火星那就更遙遠了。這個時候你再發(fā)一艘火箭上去，你就得好幾個月上去，宇航員在那邊如果出了問題，這個風險就更高了。更長遠來說，我們能否把地球的這樣一個空間站，能否送到了以月球空間站作為中繼，再到了火星空間站形成這樣一個長期的三個空間站的一個形態(tài)。借助這三個地球的空間站，月球空間站到了火星空間站，然后嘗試這樣一種探索和旅行，那是有可能。

但是要達到了普通人，每個人都可以不經(jīng)過訓練都可以去的話，我想這個還需要至少要體檢吧。體檢一下給你發(fā)一個準證。

周炳紅：我簡單補充一下，我是這樣認為的，我覺得我們空間站，各個國家空間站進行研究。其實最終的目標，我們研究的目標就是要讓普通人能夠在太空生存，這就是我們最終的目標，但這個目標會一步步的來實現(xiàn)。

比如剛開始楊利偉上去的時候，我們就沒預見到那火箭振動很劇烈，有個低頻的振動，導致它全箭耦合振動，跟人體的內臟共振了，所以當時楊利偉很難受。但是下一發(fā)火箭的時候我們就改善了，所以火箭就更舒適了，普通人坐起來比較容易，這是第一方面。第二方面就是微重力生存，其實剛才孫老師也說了他是坐過失重飛機，普通人是可以坐的。包括霍金他都在失重飛機上進行過體驗，所以微重力也是可以的?？偟膩碚f，普通人登上空間站本來就是我們進行研究的一個目標，就要解決這個難題，所以普通人是可以登上空間站的。

今年預計10月份湯姆·克魯斯就準備到國際空間站上去拍這個電影，所以將來太空旅游是可以期待的，普通人是可以登上空間站，這是第一個。

第二個就是說其他地方建空間站，在月球上甚至建不僅是空間站，而且建設月球基地、火星基地，這也是我們的目標。它最難的一個地方就是要發(fā)展這種全密閉的、全封閉的生命保障系統(tǒng)。這個生命保障系統(tǒng)現(xiàn)在是分了三個階段：第一個就是一次性的補給，像我們在“天宮一號”、“天宮二號”上，都是補給我們要喝的水、食物、氧氣都是一次性帶上去。在空間站上，我們就是用物理化學方式受控的生命保障系統(tǒng)，它是水是可以循環(huán)的，我們的尿液通過過濾以后是可以再次飲用的。我們的氧氣、二氧化碳也可以通過跟氫氣反應以后變成水，再把它電解又出來氧氣，都是可以循環(huán)使用。

真正的最終的目標就是要建設月球基地和火星基地，就是我全封閉起來以后，可以在里面通過植物、細菌以及人整個的循環(huán)，能夠把生命物質給它循環(huán)起來，這是最終的目標。但這個看來還很長遠，因為美國的生物圈二號應該說是失敗了，我們國家也在進行相關的研究。你像北航他們就有地面上建設的叫月宮實驗室，也在進行這方面的研究。行，我補充到這兒。

袁嵐峰：兩位老師談的讓我想起一點，就是你們這個單位，就是中國科學院國家空間科學中心以前的主任吳季老師，我跟他也很熟悉。吳老師最近寫了一本書叫《太空旅游》，他就是專門推銷他這個太空旅游的觀念的。他再以前是寫過一本書叫《月球旅店》，那是一個小說科幻小說。他這次又寫了一本非常嚴肅的著作《太空旅游》，但是兩者講的幾乎就是同一件事情。

就是講我們如何把太空旅游作為新航天，也就是商業(yè)航天的一個抓手，他認為這是能夠最早的立刻就可以商業(yè)化的。首先我們是大規(guī)模地發(fā)射人去空間站，可能要比方說一年達到幾百次、上千次這樣一個規(guī)模。再下一步從空間站轉移，從地球空間站轉移去月球空間站，再轉移到月球的基地，到月球經(jīng)常能夠去人，這個時候太空旅游產業(yè)就建立起來了。所以我想在這一方面技術是一步步向前進。而且吳季老師的看法是說在去月球旅游這塊，所有的技術都已經(jīng)在我們現(xiàn)在不遠的未來很快就能夠實現(xiàn)了，這是非常有趣的一個發(fā)展方向。

很多人都很感興趣的一個問題就是在國際空間站退役之后，中國的空間站會不會成為世界上唯一的一個空間站，那時候會不會其他國家宇航員要上天，唯一的辦法就是來上中國的空間站，會不會出現(xiàn)這樣一個前景？

孫志斌：國際空間站退役，每個國家還有他的宇航員，這些宇航員他也要去做一些實驗，不光是在我們地面上實驗，而是真正要到天上去做這些實驗。只有靠中國空間站，所以我們中國的空間站已經(jīng)在聯(lián)合國是報備的。聯(lián)合國作為一個組織，也在登記了這16個國家這些宇航員到中國的空間站上來做實驗。從這個角度來講，中國空間站目前是國家實驗室，到以后后面這十多個國家也陸陸續(xù)續(xù)把宇航員送來了，以后也有科學實驗，那就變成了真正的一個國際實驗室。

袁嵐峰：我是想到這樣一點，因為我看到過這樣一個回答：說是中國空間站不見得會成為唯一的空間站，因為國際空間站退役之后有可能會出現(xiàn)一些商業(yè)的空間站。一方面國際空間站它可能會轉租給一些私人的公司，另外一方面可能有些企業(yè)它會愿意發(fā)射一些商業(yè)的空間站，比如說SpaceX說不定就會愿意干這樣的事情，不知道在這方面有沒有什么新的情報。

孫志斌：商業(yè)空間站首先它第一個目標它是要賺錢，做科學實驗的話當然也會有一部分，那也是要經(jīng)濟是第一位。從這個角度來講一個公司要運營這樣一個空間站，你想想美國國際空間站在軌20年，3000億，中國空間站在軌的話也要很長時間。這個費用我想不是一個公司可以長遠的，但作為小的空間站例如單艙短期，這個是有可能。

周炳紅：有幾種可能，第一個可能就是說國際空間站會被其他商業(yè)公司接管，這是一種可能，所以我們不會成為唯一的空間站。第二個是2024年美國計劃建設月球空間站，也就是“Gateway月球門戶”，也就是說不是唯一的空間站，但可能是近地軌道，他們月球軌道要建設一個空間站，這是第二種可能。第三種可能就是畢格羅公司（Bigelow Aerospace）它準備建設一個空間站。什么意思呢？他們現(xiàn)在已經(jīng)在國際空間站上發(fā)射了一個艙段進行實驗，它的艙段跟我們傳統(tǒng)的空間站建設不一樣，它是用可展開的。也就是說其實就是用一種布，你可以理解成用一種布做的，剛開始是把它收起來，然后發(fā)射到天上去再把它展開，充氣展開，是一種充氣展開的結構。所以畢格羅公司是有建設空間站的計劃，但現(xiàn)在還沒有明確的建設時間。

其實還有其他公司也都有建設空間站的計劃，包括日本和印度都開始在醞釀建設空間站，但是什么時候建成、什么時候正式的開始建設現(xiàn)在還不明確。所以對于是不是唯一，現(xiàn)在從很大概率上其實不會成為唯一的。當然這個結論其實不重要，可能其他更具體的信息，那些事實可能更重要。

袁嵐峰：因為去年有個新聞是說印度落月失敗，印度發(fā)射了“月船2號”，它再一次地嘗試在月球軟著陸，但是它失敗了。但是在那個時候在調研的時候，就發(fā)現(xiàn)印度居然什么計劃都沒落下，印度也有他們的載人航天的計劃，也有他們的空間站的計劃。也就是說他們真的早就給出時間表，說哪一年要把人送進太空，哪一年要建個空間站，當時看得我非常驚訝。印度人民也真是有雄心壯志啊。

如果他們能夠按期實現(xiàn)的話，我們將來會看到一個印度空間站。當然了，這是一個巨大的問號嘛。以印度人這個做事風格，到時候不知道今年推明年，不知道推到什么時候去了，但他們確實是有這樣的計劃的。所以將來我們有可能會看到一個空間站的百舸爭流，一個非常有意思的景象。但是我想從中國人來說，我們并不需要特意去強調我們的空間站會不會成為唯一的空間站。我們這個自豪感并不是來自于它是唯一，而在于首先它確實是上去了，我們運營好自己就行。我們自己積累經(jīng)驗，并不在乎其他人有沒有，我們自己把自己事情做好就行。

袁嵐峰：我們的觀眾朋友也提了一些非常神奇的問題。有一位網(wǎng)友叫做“總有刁民想害朕”，你說這名字起的，非常有個性的名字?！翱傆械竺裣牒﹄蕖眮韱枺?0年以后，我們這個空間站是打算繼續(xù)維護還是建設一個新的呢？

周炳紅：空間站建設其實分三個階段。第一個階段是試驗階段，來驗證我們核心艙上面的各個關鍵技術是不是達到了預期的實驗目標，因為科學研究實驗就是有不確定性的，這是第一個，我們現(xiàn)在是試驗階段。到下一個階段，可能是明年大概是就進入第二個階段，就是建設階段。就會把兩個科學實驗艙都發(fā)射上去組裝成完整的空間站，這是第二個階段。如果各個設備都正常了以后就進入第三個階段，第三個階段就是空間站運營階段，叫運營，空間站運營階段。這樣整個持續(xù)下來就是10年。

如果說10年以后怎么樣，現(xiàn)在有幾個可以進行猜測的一些可能性。一種可能性就是說我們可能在這中間我們運行得很好，我們還有一個備份艙，也留在那也有用。這樣我們把備份艙也發(fā)射上去，這樣我們的空間站實際上是拓展了，由3個人拓展到6個人，可以同時在上面長期的生存。我覺得這是一個。還有一個就是對于延長壽命，如果是表現(xiàn)很好，它也沒有老化，延長壽命就是一種選擇。如果不行，那時候有新的想法，再建設一個新的都是可能的，我覺得這個問題的答案是開放的。

孫志斌：從“天宮一號”和“天宮二號”運行的角度來看，我們“天宮一號”、“二號”的設計壽命只是兩年，但是目前的話就是“天宮一號”在軌運行是從2011年到2016年，后面的“天宮二號”也運行了將近5年以上。但是是我們主動把它為了給空間站把軌道清理空，把它回收降落到了大氣層，然后燒毀。

所以從這個角度來說，我們的技術、我們長期運營的能力還有我們飛船，“天舟”系列的飛船。技術的成熟、“神舟”系列飛船的成熟為后續(xù)的長期的運營已經(jīng)做好了鋪墊工作。另外我們還有一些在軌維護的新的技術，包括用機械臂太空維修等等，這些技術后面也會進入到空間站上。為后面的10年，以后的后10年到20年這個階段，做好一些前期的技術儲備和準備工作。所以可以期待我們中國的空間站，會到10-20年這樣的一個長期運行的基本的能力。

袁嵐峰：這位叫做“睿智艾麗森8r1”，這位同學一看就很睿智，問了這么一個睿智的問題。說這個空間站跟地面之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸怎么實現(xiàn)保密呢？會不會使用中國的量子保密技術？

這位同學看來是經(jīng)?？次抑v量子通信的事情，所以問了一個非常非常專業(yè)的問題，兩位老師有沒有要回答的？

孫志斌：在“天宮二號”上已經(jīng)有量子密鑰分發(fā)的這樣一個實驗裝置，它實際上在發(fā)射密鑰就是密碼，實際上就是我們要用一個密碼來實現(xiàn)這樣一個保密。如果要發(fā)射一個我們要講一句話，這一句話不涉及秘密，那我想就不需要加密了，那就是廣播，那就叫廣播模式。

空間站上有些其他的時候需要加密，通過加密的方式，常規(guī)的加密方式就足以滿足保密要求了。所以在這個階段是一個試驗，長遠了以后，當這種技術成熟了，不光是能量子密鑰分發(fā)了，還能長期的量子信息傳輸了，那直接就上量子技術就行了。就不用密鑰保密的這種措施，所以那是另外一種新技術。

當然了，我們通過空間站上的目前的密碼，還有北斗都用的是一個密碼系統(tǒng)。這些的話用數(shù)學上的一些密鑰算法足以滿足當前的使用，因為它這個密碼我這次發(fā)完了以后，我下次改，再下次我再換，它可以不間斷地去換，這樣的話可以保證它定期階段可靠性。

袁嵐峰：孫老師一開始就把我知道的那個信息說出來了，就是“天宮二號”上其實就已經(jīng)跟地面做過量子秘鑰分發(fā)的實驗。一般人大家都知道，我們在2016年發(fā)射“墨子號”量子衛(wèi)星，那個是跟地面做了好幾年的就是量子密鑰分發(fā)實驗，那個是大張旗鼓在那做的。但是很少有人注意到“天宮二號”也做了這個，實際上我們現(xiàn)在往天上發(fā)這么一個空間的實驗室，每次都要做一個這樣的實驗，這個屬于必備的這么一個實驗。

但是至于說，我們真的要用它來傳輸保密的數(shù)據(jù)嗎？第一，孫老師剛才解釋了，我們其實并沒有那么多保密數(shù)據(jù)要傳。因為大部分的空間站跟地面聯(lián)絡就是公開的，它并不需要保密。第二它要求的密級也沒有那么高，因為畢竟不是什么軍事秘密嘛。所以量子密鑰分發(fā)技術它現(xiàn)在主要的問題是，它還是產生密鑰的速率比較慢。所謂成碼率比較低，它在衛(wèi)星上，或者說在空間站上往地面發(fā)，由于離得這么遠，它只能通過這種所謂自由空間傳輸，就是穿越整個10公里以后大氣層傳下來，所以這樣能夠達到的成碼率，大概是每秒鐘幾K的這樣一個量級。

即使你技術改進了，可能改進到一秒鐘幾十K這樣，這個其實還是很慢的。每秒鐘幾K這個會讓你想到什么，就是90年代，我們剛剛開始上網(wǎng)的時候那個“貓”，那個modem，那時候大家昵稱為“貓”。你是撥號上網(wǎng)，那時候就是每秒鐘幾K，那時候你要用每秒鐘幾K的速率看看文字還行，但是你要傳個圖片，你要等老半天了。聽個音樂什么的都非常費勁，所以這個東西它就是傳得很慢，但是它可以保證一個絕對保密。除非是那種密級特別特別高，你認為需要不惜一切代價要保密的這種東西，現(xiàn)在是不會來大規(guī)模地使用它。

但是在地面上，京滬干線它那個傳輸速率會高很多，它可以達到一秒鐘幾兆，你聽起來這還是很低，是吧？但是比星地之間是要快得多了。所以我在我的節(jié)目當中介紹過，今年1月份的時候潘建偉他們這個團隊，在《Nature》上發(fā)了一篇文章，就總結了這幾年的“墨子號”量子衛(wèi)星和京滬干線他們運營的這些數(shù)據(jù)，在《Nature》上發(fā)了一篇文章。我也做過一些節(jié)目來介紹這個，大家可以有興趣去看（跨越4600公里，中國量子通信全球領先，歐美多久才能追上？| 袁嵐峰）。

那里邊它最后的總結是說，在量子保密通信技術上面，我們是領先歐洲大概3年，領先美國大概5年。大家對于我們不管是航天還是量子，還是任何方面，你們有這樣廣泛的興趣都是讓人感覺非常欣慰的事情。再過一段時間我們會發(fā)射“神舟12號”，把人發(fā)上去，后面還有不斷地天舟往上送補給。明年我們又要開始發(fā)射“問天號”、“夢天號”，把實驗艙一路對接起來。所以我們這個空間站我們就在兩年時間，我們會看著這個空間站不斷地長大。所以我們會好多次看到我們專家來向我們分享這些，今天我們也非常感謝周老師和孫老師給大家講解，也非常感謝我們同學們的熱情，我們下次再見。

周炳紅：好，再見。

孫志斌：好，再見。