【畅想】未来航天器发展与太空探索畅想

尽管我们不知道 4.2 光年外的新太阳会带来什么样的家园。但从今天开始，人类的勇气与坚毅， 将永刻于星空之下，这一绝望与希望并存持续两千五百年的漫长宇宙之旅，史称“流浪地球”计 划。 ——《流浪地球》

一、航天器发展征途

人类目前的航天水平虽离科幻电影中的描述遥不可及，但也颇有一番成就，从 1957 年“斯普特 尼克一号”起步，到昨日“天问一号”火星探测器的成功发射，再到未来十年的“星链”星座， 航天器的快速发展速度已经突破了我们的想象能力。

1957 年~2010 年，卫星能力初步形成性能不断提升

2010 年~2020 年，微纳卫星快速发展，商业卫星雨后春笋

2020 年~2030 年，网络化、智能化、体系化成为发展趋势

未来一百年后我们的航天器会怎样发展？我们又将探索什么样子的太空？临近空间、跨域飞行、 星际往返、地外基地、深空探测、星球移民…是科幻还是现实？

二、近景畅想——技术创新突破

1. 太空电站

在轨获取能量为航天器或地面用户供应清洁能源，提高能源获取效率，减少地球环境污染。   在轨太阳能发电站

当人们为地球上煤炭、石油等能源的日渐减少和消耗能源带来的全球变暖问题烦恼时，一些科学 家把寻找新能源的目光投向了浩瀚太空。美联社援引美国五角大楼近期公布的研究报告指出，太 空太阳能有望成为一种具有利用价值的新能源。科学家设想，通过向太空发射带有能量搜集装置 的卫星，并将其搜集的能量转化为微波传送回地球，再转化为直流电，从而为人类提供“廉价、 清洁、安全、可靠、可持续、可增加”的能源。 

NASA 的 Kilo Power 空间核能项目

美国宇航局和美国能源部合作开发出了一种只有废纸篓大小的核反应堆，并将之命名为为 “Kilopower”，也就是千瓦级太空反应堆。它能在太空环境中运行，为太空基地提供电能。“美 国最近测试的这种千瓦级太空反应堆的重要意义在于，美国在反应堆的小微型化上取得突破性进 展，开辟了核能太空探索的新时代。” 

2. 大型太空探测望远镜

研究宇宙历史的各个阶段，探索太阳系和宇宙的起源、发展和演化，是深空探测的总目标。

韦伯太空望远镜预计 2021 年发射

詹姆斯·韦布望远镜是哈勃太空望远镜的继任者，将成为下一代空间天文台。它将是有史以来建 造的最强大的太空望远镜，将提供宇宙中形成的第一个星系的图像，并探索遥远恒星周围的行星。

月基大型太空望远镜

以月球为基地的天文台称为“月基天文台”，装在那里的望远镜则称为“月基望远镜”，真空、稳 定的平台、无大气干扰成为科学家建设月基望远镜的最大吸引力。

3. 太空旅行

空天地往返飞行器和大尺度跨域飞行器可实现“快速、可靠、廉价”的远距离旅行。

临近空间及空天往返飞行器

载人跨域飞行器

空天飞机是航空航天飞机的简称，它是既能航空又能航天的新型飞行器，是航空技术与航天技术 高度结合的飞行器。空天飞机上同时有飞机发动机和火箭发动机，起飞时也不使用火箭助推器， 可以像飞行器一样从飞机场跑道上起飞，以高超音速在大气层飞行，直接进入太空，成为航天器， 降落时亦可以像飞机一样在飞机场跑道上降落。 

4. 天基超算

航天器目前通常依靠人类控制的无线电系统进行与地球的通信，而利用 AI 技术将有助于增强天 基计算的效能。利用 AI 和机器学习，卫星能够无缝控制自身飞行及任务规划，无需地面指令即 可做出实时决策。

5. 全景地球

未来地球一定是全景数字化的地球。

6. 太空资源利用

随着地球资源的枯竭，探索空间资源并开发利用将成为下一个能源获取热点。

日本隼鸟 2 号探测器采集小行星“龙宫”样本

此次探查的小行星是“1999JU3”上有含水和有机物的岩石。担任科学负责人的名古屋大学教授 渡边诚一郎说：“通过对带回的物质进行分析，可探明水和有机物产生了怎样的化学反应、矿物 又是怎样参与了生命的进程。”

  月球或小行星采矿及加工

想方设法地区探索开发月球资源，乃至地月空间的开发，建立起地球与月球之间往返的工程。对 于月球的开发或许能够解决地球资源枯竭的根本问题，这也是世界各国频繁探测月球的原因。

7. 小行星防御

1908 年 6 月 30 日 7 时 14 分，俄罗斯西伯利亚通古斯大爆炸相当于 1000 颗原子弹

美国国家航空航天局和其他组织定期对天空进行扫描，对任何可能撞击地球的小天体进行分类。 目前还没有发现迫在眉睫的威胁，但很明显，迟早地球会被一些大的东西击中。这些组织正在积 极研究保护地球免受小行星、流星或彗星撞击的最佳方法。

三、远景畅想——走向深空

1. 深空飞行器

随着 21 世纪的到来，深空探测技术作为人类保护地球、认识宇宙、寻找新的生活家园的唯一手 段，引起了世界各国的极大关注。

第一个飞离太阳系的人造物“旅行者一号”

探索太阳系外天体

2. 新型星际运载

随着深空探测的发展，超重型和可复用运载火箭的研制得到各国的重视和发展。

猎鹰 9 火箭一级完全可回收复用

星舰可载人往返地球、月球、火星

3. 地外基地探索

对太阳系天体的多目标多任务探测是人类航天活动的重要方向和空间科学与技术创新的重要途 径。

NASA 毅力号火星探测车预计 2020 年 7 月 30 日发射

NASA 的 ARTEMIS 登月计划

4. 月球基地、火星基地建设

月球是深空探测的起点和前哨站，火星是月球之后主要探测热点，进而前往深空。

月球基地建设

火星基地建设

（上述图片和部分素材来源于互联网资料整理）