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admin 1个月前 (07-05) 快讯 12 1

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本文来自微信公众号:腾讯研究院 (ID:cyberlawrc),作者:关仰泽(航天测控专家、原某航天飞控机构首席研究人员)、杨峰(天仪研究院创始人兼CEO)、汪铖杰(腾讯优图实验室研究总监)、翟尤(主持人,腾讯研究院产业安全中心主任、高级研究员),编辑:王荣敏,题图来自:IC Photo


1. 全球航天这两年的整体发射情况如何?


2021年全球航天发射总计达到146次,为1957年以来最高;发射航天器总数量为1846个,创历史新高;总发射质量777吨,为航天飞机退役以来的最大载重量。


2021年我国航天发射次数达到55次,位居世界第一,总发射质量达191吨,同比增长了85%。2022年又是我国发射的高峰年,特别是今年我国载人航天工程要实施6次重大发射任务,以天和号核心舱为中心,问天、梦天两个实验舱相继发射,把中国空间站T字形的基础建设平台要搭建好。而且今年长征六号甲运载火箭以及多种型号的商业运载火箭要实现首飞。


2. 中国航天为什么在这两年密集发射?


这两年我国航天高频发射的主要原因:


一是与任务的设计、规划相关。载人航天分三步走,先突破载人航天技术,把人送上去;接着是空间实验室,现在到了空间站的搭建阶段。空间站是个积木式结构,由多舱组成,三个舱段要尽早完成发射,把空间站建设完成,才能达到空间站组合体的使命任务。


二是神舟号载人飞船的航天员要轮流值班做工作,而天舟货运飞船要把有关的补给送上去,把空间站稳定可靠地对接在一起,尽早完成对空间站的各项功能检测、测试、指标,使得空间站能够更长寿命地在轨运行。


三是建立导航卫星系统,必须要在一定的时间之内把卫星都打上去,比如北斗导航卫星系统,三期35颗卫星才能把星座搭起来,从而达到预设的通讯、导航等工作状态。


另外,2022年我们还要开展探月工程的四期,小行星探测器等为代表多种型号的、多种航天器的实验工作,要大力推动卫星应用,积极跟进国家的战略目标。多颗民用卫星、业务卫星要满足自然资源、生态环境、草原林业、应急救援、气象、广播电视等多个领域的社会需求,让航天更好地服务于社会,服务于国民经济的建设发展。所以今年发射力量和整个航天的任务都是非常重的。


3. 中国为什么要建立空间站? 


建造空间站意义非同小可,特别是现在外界形势,各种冲突,各种诋毁,各种造谣,中国人在这个时间必须要把自己的空间站建起来,突破各种卡脖子难题,立足于自主发展。


原来我国很早申请加入国际空间站,一起合作,但是我们被拒了,而且反复被拒。所以我国载人航天工程只能自力更生。


太空飞行长期在轨实验,能够让我们认识更多的地球以外以及地球外太空的知识和世界,与此同时,建造空间站也是我们发展空间、造福人类的势在必行。



4. 相比国际空间站,中国空间站的先进性?


国际空间站是在苏联和平号空间站结束以后,由各国联合起来搞的一个庞然大物。我们的空间站起步晚,但是发展很快,虽然离世界航天强国有一定的距离,但现在已经达到了强国的至少百分之七八十以上的水平,而且特别是在建空间站的时候,早期一代、二代苏联的空间站很多都失败了,包括美国的空间站都不行,我们不提超越、发展,我们用自己的力量,用自己的技术,一步一个脚印抵达现在的阶段也是非常不容易的。


总体来说,我国空间站的先进性是要高于国际空间站的,对于科学实验的用电量、方便程度、数字化,特别是空间站航天员长期工作要有他的生活和保障环境,包括娱乐设施、休息等方面,都高于国际空间站。


我们还有一个光学舱,能够看更深远太空的一个场景,而且这个光学舱可以停泊在梦天的平台上进行维修与补给,跟空间站可以共轨飞行,得到维修完了再释放出去,再去科学观测。我们整个这套实验的东西,包括机械臂的维护之类的,都是处于先进水平。我们已经有很多国家跟我们已经签署了空间站的合作协议,今年我们把空间站建设完成以后,明年开始空间站更深入的应用。


5. 今年空间站建设有哪些阶段任务?


从今年的天舟开始已经拉开了序幕,天舟四号和天舟五号两次货运飞船是中国空间站的基础,而神舟十四号和十五号两艘载人飞船又是空间站的建造关键,而且每艘飞船都是三名宇航员满乘员的满载,问天实验舱和梦天实验舱成功地发射和稳定对接,是完成空间站基本建设今年的重要标志。


5月10号天舟四号已经发射成功了,主要完成航天员乘组的各类生活物资,乘员装备、驻留的各种消耗以及空间站积极组合体补给的推进剂,还有一些维修备件等的运送工作。6月份天舟四号为神舟十四号的载人飞船进行了准备,神舟十四号也已经发射。神舟十四号标志了我们新一个大的航天时代开启,接下来整体的建造工作就顺着十三号的状态稳步开始。


7月份就要打空间站的问天实验舱,运行三个月之后梦天实验舱就要上天,两舱对接完了以后,神舟十四号的乘组在此值守。随后我们就要发射天舟五号货运飞船,就要把神舟十五号以及后续要用的物资运上去,接下来就是神舟十五号载人飞船上天,完成两个乘组共六个人在中国空间站共轨飞行,以及进行他们交接班的实验工作。这两个乘组都将满负荷在轨驻留六个月时间。估计10月份左右就能把中国空间站建成。


6. 为什么我们的北斗没有采用“星链”模式?


最大的考虑是太空环保。一个卫星任务很单一,而且寿命又很短。举个例子,外面你看太空探索马斯克的卫星要打多少颗卫星,实际上很多卫星都已经下来了,打60多颗可能下来十几颗,再去补,再去打,这种太空垃圾低轨道的模式,为什么咱们北斗导航卫星没有采取GPS这种模式的星座,我们也是考虑到太空环保,不能往太空中扔那么多垃圾,要保证太空的干净,我们也要在导航的同时兼顾其他的一些工作,所以我们把卫星轨道打得比较高,这样难度也比他们大。


我们在空间站的建造上还有一个环保要求。我们主体舱只有三个舱,我们的对接口也比较多,我们可以两艘天舟货运飞船在轨运行,还要开展应用实验,主要的应用实验就是在轨回收,把空间站的一些废弃物进行收集,收集完了以后,到了后期,让它在大气层中烧毁、陨落,这样的话能够保持太空站的绿色环境的生态保护。


7. 我国的航天技术强在哪些地方?


我国航天从整体上来说,无论是技术、人员还是管理,都处在一个比较好的水平。可以说,我国的航天已经走到了世界前列。尤其在载人航天深空探测,月球嫦娥四号在月球火星背面着陆,又打了鹊桥深空的终极卫星,我们嫦娥五号采样返回,我们的火星一次任务执行的绕、落、巡三步任务,这个在世界上也都是受到瞩目,而且在世界上也是首次完成这个任务。


在今年上半年受疫情影响的情况下,我们的航天产业没有受影响,同样维持一个很高频次的发射任务,主要的技术都是来源于我们自己,今年空间站六次重大任务一个比一个紧迫,而且要求高,持续时间长,精细化操作大大加强。


这对于每位航天员来说都是一个严峻的考验,而且无论是空间站的组装,还是建造中的搭建、操作和无数次的出舱操作和任务检查,这些航天员除了要有过硬的技术本领、身体素质、心理素质以及应对长期太空环境的准备之外,还要有应急处变能力。目前航天员的训练系统、准备系统针对性地研发整套航天员系统,也是处于世界的先进水平。


从我们国家的角度上来说,一方面加强我们这种大卫星的高精尖的能力,同时也在往更快、更小、更好的方向走,相对于美国来说,我们在各方面还是有一定的差距,也是我们必须要正视的。


8. 我们身边有哪些航天技术转化的产品?


如果要把这个时间线拉长一点,现在全世界所有的科技产品都跟航天相关。上世纪60年代的美苏太空争霸,包括载人登月等一系列过程中,因为有这两个巨头的竞争,催生了一次科技革命,把钱全部砸给了航天,航天投给了其他行业提升了科技,最终汇总到航天这个大系统工程上来,实现了一系列的目的。


例如,为了保证航天员上天能够解决排泄的问题,才有了纸尿裤,为了保证航天员在天上可以锻炼肌肉,才有了跑步机、耐热材料,包括计算机、互联网、AI……这些都是来自于航天早期大量的经费的这些投入。这个是很明确的一件事情。


生活中,像地图产品本身也是大航天技术的受益者。比如我们使用百度、高德、腾讯地图导航的时候,也依赖于北斗定位系统。另外,地图里面的卫星视角模式,也依赖于航天卫星拍摄图像的合成,使大家在足不出户的情况下,就可以在手机端或者PC端浏览祖国大好河山;另外,现在天气预报越来越准,以前可能预测后面几天,现在都已经精确到小时级别,也是依赖于航天技术的发展。


9. 商业卫星跟国有卫星之间是什么关系?


是相互补充的关系。在国有航天任务中,无论是做载人航天的飞船还造一颗卫星,它的质量要求是一样的,也无论国内、美国还是欧洲,要用一切代价保证万无一失。但是从商业航天的角度来说是不一样的,拿商业卫星举例,为什么要为了增加0.1%的可靠性而去加1倍的成本,能不能把它做成99%的可靠性,但是成本只有原来的1/10?这是一个性价比的问题。


所以马斯克的逻辑就是打60颗卫星的确会损失10颗,但是他放弃了可靠性的要求,带来的好处是原来造一颗这样的卫星可能就需要一亿美元一颗,现在只需要一百万美元一颗,虽然会损失10颗,但只需要花5000万美元就可以打50颗。而原来为了保证60颗都成功,要60亿美元,这是经济账。


这就是商业带来的好处,虽然在可靠性上让了一点,但是在成本和效益上带来很大的价值。国有和商业的互补性,是国有一定要干最高精尖的事情,而靠规模、靠能力、靠效益的事情要交给商业,如果都交给国有来做的话,它的商业价值是无法闭环的。


10. 空间站科学试验,只有顶尖科学家有资格?


空间站是给科学家来做科学研究的,但一定是最顶尖的科学家才有资格用空间站来做科学实验的。比如说我们国家的量子领域,只有潘建伟有资格,但是其他人怎么搞航天?怎么用卫星呢?只有那个顶尖的院士才有可能做,其他人都没机会。太多的年轻科学家需要了。


大科学家利用空间站来做0到1的大科学,天仪等商业卫星能不能提供一个微小卫星给一些小科学家和年轻科学家做0到0.01的事情?虽然只有0.01,但是比0大无限倍。天仪最经典的客户就是清华大学天文系的冯骅老师,他当时想发卫星根本没有可能性,但是他通过跟天仪合作发了一颗小卫星上去之后验证了他的理论是可行的,通过卫星获得的数据是非常有价值的,还发了一篇《Nature Astronomy》天文子刊的封面文章,这是很了不起的成果。



11. 深空探索与AI结合有哪些神奇的化学反应?


天文探星一直是全球关注的焦点,去年跟国家天文台FAST合作的“探星计划”,用AI技术帮助发现新的脉冲星,把来自宇宙里面比较微小的信号转化成图像,变成图像以后,就进入了专业领域。我们针对性天文的图像结构设计了一套AI算法模型框架与深度学习机制。


双方结合,使得脉冲星的发现效率高了很多,识别精度有几十倍的提升。目前第一版算法研发到现在已运行了九个多月,在此期间一共发现了20颗新的脉冲星,发现效率全球领先。


其中的一些技术不仅在计算机视觉领域的顶位CVPR上有一些成果的发表,在天文领域,像皇家天文学会的月报上也有一些成果发布。下一步在往更难的一方去挑战,看能不能在银河系外,基于更弱的信号发现新的脉冲星,或者是其他星天体。


12. 数字经济和航天科技的融合创新带来哪些新契机?


航天对数字经济有很大的拉动,数字经济也是对航天的支撑,反哺航天,为航天赋能。我国的空间站搭了一个平台,还要在各行各业来应用,在科技行业里会有很深远的影响。以AI在卫星上的应用为例,无论是光学卫星还是SAR卫星,它在天上一直在积累数据,数据通过地面站把数据传回来,再靠地面的计算机和人工处理这些图像,然后才能得出结果。但天上的卫星拍的图像出图率其实很低。如果利用AI,在星上就加上自动判图或是寻找目标,那么它传下来的不再是原始数据,而是处理之后的结果。这样效率高很多,速度快同时成本低。


AI和云计算生态里有个概念叫做边缘计算,相当于在边缘设备上将一些不重要的数据处理掉了,剩下重要的才往回传。从信息论的角度讲,一个东西的有价值度和它出现的概率是成反比的,我们是要捕捉低概率的事件。在人工智能领域里面,目前也在研究的一个方向也是基于这种弱监督,或者无监督( change detection)变化的检测,或是异常检测(anomaly detection),现在很多方向已经在应用这些技术,把真正有价值的数据用在后续的工作里,把一些高频出现的、价值比较低的数据做抛弃处理。


卫星的太空数字经济要真正落地,有三点需要突破,一是解决卫星数据的高成本问题,二是提升卫星数据的连续性问题,三是便捷性,要让用卫星像用手机和电一样方便,如果能做到这些,卫星跟数字经济就完全融入到一起了,卫星只是获取和传播数据的手段。


13. 如何不错过“大航天时代”? 


错过大航海时代给我们带来的教训是,既要有国家意志的体现,同样也有商业利益的闭环。只靠国家队或是只靠商业公司单独一方都是无法实现的。


《人类简史》里有一章叫“哥伦布也需要金主”。我们国家的郑和在封建王朝的局限性下,他出去的目的只是彰显大国的风范,形成一种展示状态。但是哥伦布等航海家们像一个个的公司,他们在西班牙、荷兰等国国王那里拿到的是风险投资,他们出去的目的是为了给这帮金主带回来更多的钱,而这些金主拿到钱以后就有动力支持更多的“哥伦布”出去探索全世界。


突破思维的局限,只有把商业行为闭环转起来之后,参与这个环节里的所有人才有动力和资源去把世界探索得越来越大。我们如何能够发挥我们国家的社会主义市场经济的优越性,把国家政策的有形手和市场需求的无形手充分的结合在一起,才能不错过“大航天时代”。


14. 中国的商业航天太空旅行什么时候开始?


指日可待。我们神舟号飞船的可靠性和飞行都是世人瞩目的。纵观人类发展历史,农耕时代几千年,工业时代几百年,再到我们大航天时代,从我国发射第一颗卫星到现在实现多人载人航天,包括空间站建设,只几十年的时间,却是指数级的科技进步。在这样的科技加速度下,十几年的时间里是能够发生很多深刻变化的。


五年以后就有可能实现太空旅行。我们的空间站目前还是航天员上天,现在是两个空间站并发运行,今年把空间站建好,明年开始科学实验,包括生命科学研究的实验。再过几年以后,载荷工程师上天很有可能。在有大规模的航天旅行需求的状态下,普通人在身体条件允许的情况下,把一些环境用一些模拟太空的仪器设备进行操作训练,经过体检和一两个月的适应性训练,就可以飞行。


下一代空间站我们开始设计运行时间更长,我们飞船要载七个人,飞船的过载要更小,往返运输更快。马斯克要往火星上移民一百万人也不是凭空而来的,也是通过载人航天的实验、实践得来的。太空旅行,是在我们这代人就可能看到的情况。


本文来自微信公众号:腾讯研究院 (ID:cyberlawrc),作者:关仰泽(航天测控专家、原某航天飞控机构首席研究人员)、杨峰(天仪研究院创始人兼CEO)、汪铖杰(腾讯优图实验室研究总监)、翟尤(主持人,腾讯研究院产业安全中心主任、高级研究员),编辑:王荣敏

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