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2024.03.16 中國的太空發展計畫-擷取自蘇育平撰中國航天事業與火箭軍一書

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2.1.2 北斗衛星導航系統
另外,為了預防與美國開戰時,美國可能關閉不讓人使用GPS導航系統之作法抗衡,中國軍方包括總參謀部、總裝備部、國防科技工業局、中國科學院、中國航天科技集團、中國電子科技集團、國防科技大學等多單位共同研發,耗時26年,投入達120億美元,發射58顆衛星之北斗導航衛星系統終於成功建立自己的導航衛星系統。
世界最早的導航衛星系統是美國的GPS系統,通過全球30多顆圍繞地球軌道運行的GPS衛星進行多點定位,可對用戶提供時間、位置與速度等資訊。在任何天候下,只要在地球表面空曠之地,有開放的視野,就可以很快接收到至少4枚衛星的訊號並完成對自身的定位。中國本來也是使用GPS的八十幾個國家之一。但在1993年,銀河號貨輪遭美國無理盤查並關閉其GPS系統,導致該船動彈不得一個月,驚醒中國政府,發現不在本國掌握中的GPS系統並不可靠,美國隨時可干預,因此中國萌生自己開發定位系統的想法,並隨即付諸實現。
1994年起,第一代北斗-1號衛星開始發射升空,目標是要在2000年前,在中國上空建立覆蓋中國的區域導航系統,而這目標在2000年時做到了。2000-2012年間,開始發射北斗-2號導航衛星系統,以建立覆蓋亞太地區定位網路,也順利達成目標。最後,北斗-3號則是在2012-2020年間,建立一個全球範圍內的定位系統。
目前在太空中運作之北斗導航衛星,包括北斗二號衛星15顆、北斗三號衛星33顆,共48顆。此刻正在地球的三種軌道運行中,包括地球中圓軌道衛星(覆蓋全球),傾斜地球同步軌道(覆蓋亞太大部分地區)和地球靜止軌道(覆蓋中國),運作範圍已經含括全世界,據說定位精度可達目標旁3.6公尺(全球公共版)到10公分(加密軍用版)。但網路上也有不少抱怨,指出北斗精度不佳,導航人車到不明區域之錯誤狀況。
北斗衛星(BDS)主要由中國航天科技公司五院統領開發設計,零件設計全部是中國自產,避免了對外國產品的依賴。美國的全球定位(GPS)衛星有30多顆,歐洲伽利略(Galileo)衛星有26顆,俄羅斯的格洛納斯(Glonass)衛星有30顆,還有日本的QZSS導航衛星系統都是北斗系統強勁的對手。2024年甚至中國國內的吉利汽車集團也開始發射自有的導航衛星群,跟北斗形成競爭關係,真不知道吉利背後的靠山是誰,竟敢挑戰國家建置的導航系統,有點太超過了不是?
北斗二號衛星從2012年11月起,為亞太地區用戶提供區域定位服務。北斗三號衛星系統從2020年7月31日,完整開通定位服務,當年8月3日就獲得聯合國認可,成為全球四大衛星導航系統之一。北斗衛星甚至有用戶機送訊息的通訊功能,單次通訊能力是40個漢字。
做為軍民兩用的全球定位導航系統,已經受到中國與中國友好國家運用到各種功能的定位系統,包括大量漁船、六百萬輛以上中國營業車輛、農業機械、公車系統、災害防治系統等安裝北斗系統,甚至連中國的洲際彈道飛彈也都使用北斗系統進行導航。
2017年,中國與美國達成協議,北斗衛星導航系統與GPS信號相容使用,而在此之前,北斗衛星就已經與俄羅斯GLANOSS信號相容。北斗衛星導航系統,進一步在2023年11月,被國際民航組織(ICAO)官方認證為全球民航導航系統標準之一,未來許多世界上的民航機甚至民用船舶都可能會裝上北斗系統。
也許有人會說,中國的北斗導航系統是解放軍操控的,因此有軍事目的疑慮,所以不能用,只能用美國的GPS。但其實美國的GPS全球導航衛星系統,也是在美國的太空軍管轄下的軍用設備,原先的設置意圖一樣是作為軍事使用,只是後來開放給民間用來導航使用而已,一旦發生戰爭時,都可能隨時遭美軍關閉訊號而無法使用。
當然世界上有越來越多的導航衛星系統,除了美國GPS、中國北斗之外,俄羅斯的GLANOSS、歐洲的伽利略系統,甚至日本也在近年開始佈建自己的QZSS導航衛星系統,已經有7枚衛星在太空中,2030年將有10枚衛星開始提供東亞地區的衛星導航服務。
隨著衛星製作技術日益成熟,以及發射衛星成本日益降低,也許未來會有更多國家發射自己的導航衛星網路,甚至不只為地球表面導航,也可以陸續布建地球到月球、月球到火星、火星到太陽系外圍的導航衛星網路系統,以及環月球、環火星、環木星、環土星等之觀測衛星、導航衛星、通訊衛星系統。畢竟要開發一個地方,先行做好基礎設施是每個政府都知道要做的事情。
2.1.3 中國的宇宙探索計畫
人類必須想辦法走出地球,一方面更好地保衛地球安全,繼續維護這個人類家園不受侵害,另一方面,就是探索其他人類適居的星球。比如距太陽系最近的星系「比鄰星系」就有一個宜居星球,離地球僅有4.21光年。另外一百光年外,有一個合古星系,也有適居的幾顆行星,如唐加羅瓦星。不過,要前往這些太陽系外行星,以目前人類發明出的科技都還是做不到的,至少在一代人有限的生命裡是如此。
在宇宙中,測量距離的單位是以「天文單位(AU)」做基準,1單位的天文單位(AU)是地球到太陽的平均距離,約為1億4,959萬7,871公里。因此以太陽系為例,木星到太陽約為5.2AU,而最外圍的冥王星距太陽39AU,39天文單位就是58億3,431萬6,969公里,太陽系的行星系半徑就已經這麼大,還有外側仍受太陽風影響的區域,還有奧特雲(Oort Cloud)極為寬廣的小行星帶,總之以現在的太空技術得要飛上1萬7千年才能真正飛出廣泛定義的太陽系。
距離太陽系最近的星系是比鄰星系,距離有4.2465光年,可以說是非常靠近了。1光年是多遠?1光年是63,240個天文單位,相當於9兆4,860億公里,太陽系到比鄰星系這麼長的距離有26萬8,548個天文單位,如果沒有特殊裝置實現曲速或蟲洞旅行,人類靠一輩子的時間也等不到抵達的那一天。但是比鄰星系有三個行星比鄰b、比鄰c、比鄰d是可供人類居住的星球,也是人類出了太陽系之後最靠近的移居星球選項,但以目前人類科技,完全是無法前往的狀態。
圖2-1 太陽系外緣的奧特雲(Astronomy Lover 臉書粉絲頁)
要能實現星際旅行,第一是得要跨越光速的枷鎖,但是超過光速其實還是不夠,宇宙中動輒幾千幾萬或上百萬上億光年的距離,要怎麼跨越?這就要靠物理學家研究跨越時空枷鎖的「曲速引擎」與「蟲洞旅行」方法,大家不要認為這些都是電影中玩的幻想情節,沒有實現的可能,其實理論的論證都已經有人做過了,現在就是找到適合材料與科技把實物做出來的問題而已。
美國的NASA與民間公司SpaceX之合作,能否比得上中國航天舉國之力進行的計畫,未來還不好說。但這顯然是在美國對太空計畫不怎麼重視與投注資源的情況下發展成的情勢,如果有其他外在因素刺激或促使美國重新對宇宙充滿興趣,那麼相信美國重啟大規模太空計畫也是有可能的,而且就像中國發展得晚,就可以一下跳躍到使用最新科技一樣,美國在太空梭退役後,就不再經營運作載人太空船,是真的沒興趣,還是其實正在蓄勢待發,正在研發一種超乎所有人想像的先進的空天飛機?
2.1.4 小行星隕石防禦計畫
太空中除了發光發亮的恆星外,還有圍繞恆星旋轉的行星、圍繞恆星轉的小行星,有時小行星或隕石要是脫離恆星系引力,就會旅行到其他星系,如果旅行途中遭到其他行星或恆星引力吸引,就很可能墜入或撞擊其他星體,倘若行星上有生命,那就是滅頂之災。
這樣對地球可能造成危害的天體,被稱為「潛在危險天體」(Potentially Hazardous Object, PHO),指它的軌道可能與地球交會,有撞擊地球的可能,而且其體積大小足以對地球造成全球或區域性的重大傷害的近地天體,可以是小行星、彗星或隕石。目前NASA持續關注這些PHO,至少已有1,245顆潛在威脅小行星與65顆潛在威脅彗星受到監控中,隨著近年觀測設備越加發達,可以掌握的PHO越多。由此可知,地球絕不是安穩無憂的。
發生在距今6,600萬年前的恐龍滅亡事件,使得統治稱霸地球地表2億年的恐龍陷入滅絕,據許多專家研究指出,就是起源於一顆直徑至少10公里、天外來襲的小行星,撞擊今日墨西哥猶加敦半島北部,造成希克蘇魯伯隕石坑(Chicxulub Crator),隕石坑直徑180公里,爆炸規模相當於100兆噸TNT當量,當年蘇聯最強大的核武撒旦導彈(R-36洲際彈道飛彈)最大爆炸當量也不過2,000-2,500萬噸當量,比起這顆隕石造成的傷害也只是小巫見大巫而已。
希克蘇魯伯撞擊事件造成地球大規模海嘯、大量溫度高之塵土掀開揚起進入大氣層中,遮蔽陽光使植物光合作用失效而死亡,食草動物與食肉動物隨之缺少食物死亡,陽光無法進入也使地球溫度降到零度以下,冷血的恐龍就是在這種生態系統瓦解的情況下絕種了。地球生命重新洗牌,我們都知道,之後就是哺乳類動物興起,最後演化出人類這樣的靈長類智慧生物,今天我們才會在此思考宇宙的奧秘。
甚至也有人提出那顆撞擊猶加敦半島的小行星,原本是一顆直徑為160公里的小行星――巴普提斯提娜-298(Baptistina 298),在主小行星帶漫遊,1億6千萬年前,被一顆直徑為55公里的小行星撞擊後粉碎,許多碎片今天仍在主小行星帶,也有一些碎片被撞往地球方向,撞擊了猶加敦半島。
而與現代最接近的隕石撞擊地球事件,應該是發生在1908年,沙俄帝國西伯利亞埃文基自治區通古斯河附近森林的隕石空爆事件,據研究這是一個由水冰與塵埃形成的彗星。因此,最後竟沒有找到隕石坑,也沒有金屬遺留,但是爆炸威力相當2000萬噸當量,等於是一枚撒旦核彈的威力。導致中心點以外2150平方公里的8千萬棵樹倒下,好在當地人煙稀少,只有3人因此死亡。當地也是西伯利亞凍原,爆炸並未揚起灰塵與其他傷害事件,算是萬幸。但如果它墜落的地點改在任何一個地球人口密集區域,死傷數百萬人都是有可能的。
2023年10月22日,中國廣播網軍事頻道官方微博公布,中國計畫實施「近地小行星防禦任務」,未來15年,中國的深空探測計畫將鎖定在月球探測、行星探測、運載技術三項領域。其中,在行星探測方面,將首次進行近地小行星防禦任務,會鎖定一顆幾千萬公里外的小行星實施動能撞擊,使其改變運行軌道,並進行評估,目標是「撞得准、推得動、測得出、說得清」。
這也是針對雖然概率很小,但是一旦發生會對地球造成極大衝擊的隕石撞地球事件,進行先期研究與實驗防禦方式。報導說會以動能撞擊方式進行,那是怎樣進行?行星多大?人造飛行物之動能撞擊,能否改變其方向與速度等?還是要先在另外一個小行星上裝置引擎,改變方向去撞擊?或對其引爆核彈?總之目前未明。可能有人會說,就用核彈去炸,但是核彈在地球大氣層內有足夠威力與燃燒劑,因此威力驚人,而在太空環境中是否還有足夠力道,可能要看來襲小行星的大小與速度。
圖2-2 鮑里索夫彗星(百度百科)
如上圖,於2017年觀測到進入太陽系的鮑里索夫彗星就是由13.15光年外的克魯格60雙星系統星系來的天外訪客,時速達16萬1000公里。2019年底時,穿越了太陽系離開,但在過程中,被太陽照曬而蒸發了相當2億3千萬升的水分子。
然而,根據聯合國大會1993年2月23日第47/68號決議,係關於在外層空間使用核動力源的原則,條文規定可以使用放射性核動力源作為外層空間的動力源,但要注意安全使用,必須確保發射前先通知各國與聯合國秘書長、發射過程中核動力源不會進入臨界狀態反應以致污染地球環境,在外層空間使用也不會污染任何地方,最好用在「行星際的航行」、必須放在離地球表面越遠越好的高軌道、太空任務結束後要將放射源放在足夠高軌道,最終加以處理等。
可見到隨著科技進步,核動力源也可能與火箭引擎一樣,成為行星間旅行及太空任務中的一種動力選項。其實在1977年出發的旅行者1號及旅行者2號探測器,就是使用三塊放射性同位素熱電機作為動力來源,到現在早已經超過設計壽命,但還在持續運轉中,一般相信,2030年前,這些放射性能源仍能繼續提供探測器航行的能源。
總之,倘宇宙中真有隕石即將撞擊地球,太小的隕石會在大氣層中就燃燒殆盡,不構成威脅,太大的隕石,就算拿核武器去炸,恐怕也只是掉層灰的事情。
所以,地球上有任何國家或勢力能夠有保衛地球的觀念,是非常好的,中國如果能把其軍事武力多傾向在這種保衛地球家園正常運作的任務上,而不是派出戰艦整天在東海與南海耀武揚威,相信中國應該有機會成為全世界最受歡迎的國家。
此外,讓我們仔細研究中國的航天白皮書,也可以看出很多重點來。以2016年與2021年中國航天白皮書來看,內容計有:
發展宗旨:
探索外層空間,擴展對地球和宇宙的認識;和平利用外層空間,促進人類文明和社會進步,造福全人類;滿足經濟建設、科技發展、國家安全和社會進步等方面的需求,提高全民科學文化素質,維護國家權益,增強綜合國力。
和平發展。始終堅持和平利用外層空間,反對外空武器化、戰場化和外空軍備競賽,合理開發和利用空間資源,切實保護空間環境,維護一個和平、清潔的外層空間,使航太活動造福全人類。
通常中國的官方文告得要倒過來看,說要和平利用外層空間,那是指美帝應該要這樣做,我中國要是能夠發展太空武器,那是誰都不能阻止我的,等我發展出來了,中國可就是全球霸主了,到時候誰能指著我罵?
二、發展願景:全面建成航太強國,具備自主可控的創新發展能力、聚焦前沿的科學研究能力、強大持續的經濟社會發展服務能力、有效可靠的國家安全保障能力、科學高效的現代治理能力、互利共贏的國際交流與合作能力,擁有先進開放的航太科技工業體系、穩定可靠的太空基礎設施、開拓創新的人才隊伍、深厚博大的航太精神,為實現中華民族偉大復興的中國夢提供強大支撐,為人類文明進步作出正面貢獻。
全段重點就一句話,提供實現中華民族偉大復興的中國夢強大支撐。其實沒有一個夢,有哪個國家願意耗費龐大資源搞航天、搞太空事業?但是,在中國經濟2023年開始出現大幅下滑與崩跌趨勢後,是否還有足夠資源分配到太空事業?還有足夠經費養數十萬從事太空事業的技術人員?其中肯定包括不少尸位素餐的冗員。當地方政府公務員與教師、醫護人員都遭到裁員與大幅減薪時,還有財源供應動輒上億人民幣的火箭與太空船發射任務?這個有待觀察。也或許中國航天事業將會因商業化而走得更遠更快以因應嚴峻的財政狀況。
2023年11月,在北京舉辦的一場「太空科技和平利用國際研討會」上公布,目前中國已經與50多個國家與國際組織簽訂150多份太空合作文件,由中國提出將聯合多國(當然不包括美國)共同建設「國際月球科研站」,將有白俄羅斯與巴基斯坦的加入等,顯然中國已經成為帶領反美陣營國家上太空的領頭羊,還要上月球建造人類常駐的太空基地了。
總之,看看中國未來幾年的航天計畫,我們可以看到幾個重點:「全面建成並運作中國太空站、實施探月工程四期、深化載人登月方案論證、完成火星採樣返回、木星系探測、研發發射新一代載人運載火箭
2.1.5 大型地表射電望遠鏡
其實在地球表面,也有太空科學研究在進行,中國在貴州平塘縣興建了一個「中國天眼」。這是一個半徑為500公尺的球面射電望遠鏡(Five hundred meters Aperture Spherical Telescope),簡稱為FAST計畫,2016年9月落成啟用。
「射電望遠鏡」與一般天文光學望遠鏡不一樣,射電望遠鏡是靠接收宇宙中不可見的無線電波來觀測宇宙的,其基本原理是電磁波進入圓錐狀天線的拋物線表面,會反射集中到中央焦點位置,在中央放一台接收器,就可以匯聚接收到遠方天體發射出來的電磁波信號,並因此進行天文觀測。天線面積越巨大,就能夠收集到越遙遠、越微弱的天體發出之電波。所以各國天文學家也都想辦法建造盡可能大的射電天文望遠鏡,貴州的中國天眼就是全世界最大的一個。
由於它的天線直徑就有1,000公尺,是目前世界上口徑最大的單天線射電天文望遠鏡設施。其用途是用來觀測及遙遠的星系恆星與行星,尋找與太陽系相類似的其他星系與天體,最終就是嘗試探測星際分子、接收遠方來的智慧生命訊號,尋找地外文明。
它的巨大,使它可以看到130億光年以外的宇宙邊緣。其實那麼樣遙遠的地方發生的事情,影像傳到地球來都已經是事情發生幾十億或上百億年後的時間了,現在在當地星系的發展可能老早不是那個樣子了,這也讓人類的太空望遠鏡探索的意義有限,恐怕還是要發明蟲洞旅行,快速抵達幾十億光年外的地點,實際探索在目前時空下的當地面貌,這比用望遠鏡看來得實際且真實。
圖2-3 中國天眼500公尺射電望遠鏡(平塘縣外宣辦)
中國天眼項目特別選了一個原本就呈現漏斗狀的窪地盆地,把它當作射電天線的表面,在窪地四面圓弧坡地安裝4,450塊反射鏡面,製作成為半徑500公尺的球冠狀主動反射面,下方已有連動裝置,可以稍加調整整個大天線的方向以實現精準定位。當然也是因為中國地大物博,可以找到這麼一個天然、適合當射電天線台的地點,這對中國研究暗物質、宇宙起源、太空生命起源與尋找地外文明等科學工作都有幫助。
目前有同樣超大射電望遠鏡的國家有美國、西班牙、澳洲等,中國天眼項目的興建,可謂是彌補了上述三個深空監視站在亞洲區域的空白。
圖2-4 中國天眼在夜間之情景(平塘縣外宣辦)
這顆中國天眼已經發現了三百顆以上的脈衝星,脈衝星是宇宙中一種快速旋轉的中子星,密度極高,每一立方公分的骰子可以重量達到1億噸,且可快速發散出光線,周期固定,就像燈塔光一樣,在遙遠地方也清晰可見,因此成為未來宇宙導航行的利用重點。只要認好每個脈衝星的位置,就等於建立了一個橫跨遙遠的星圖,可以運用這些脈衝星的相對位置來為航行中的星際船艦定位導航,就不怕在浩瀚的宇宙中迷路。
中國天眼科學潛力甚大,它可以繼續搜索更多脈衝星體,並探測到更多銀行系的星際磁場,對於未來人類探索太陽系與銀河系懸臂及銀河系中心的宇宙航行都有莫大幫助。但目前中國是搞自己的探索計畫,並未加入外國天文學界共同對外探索的行列,不過資料累積起來,終有一天人類會需要共同合作,無法永遠將中國排除在外。
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2.1.2 北斗衛星導航系統
另外,為了預防與美國開戰時,美國可能關閉不讓人使用GPS導航系統之作法抗衡,中國軍方包括總參謀部、總裝備部、國防科技工業局、中國科學院、中國航天科技集團、中國電子科技集團、國防科技大學等多單位共同研發,耗時26年,投入達120億美元,發射58顆衛星之北斗導航衛星系統終於成功建立自己的導航衛星系統。
世界最早的導航衛星系統是美國的GPS系統,通過全球30多顆圍繞地球軌道運行的GPS衛星進行多點定位,可對用戶提供時間、位置與速度等資訊。在任何天候下,只要在地球表面空曠之地,有開放的視野,就可以很快接收到至少4枚衛星的訊號並完成對自身的定位。中國本來也是使用GPS的八十幾個國家之一。但在1993年,銀河號貨輪遭美國無理盤查並關閉其GPS系統,導致該船動彈不得一個月,驚醒中國政府,發現不在本國掌握中的GPS系統並不可靠,美國隨時可干預,因此中國萌生自己開發定位系統的想法,並隨即付諸實現。
1994年起,第一代北斗-1號衛星開始發射升空,目標是要在2000年前,在中國上空建立覆蓋中國的區域導航系統,而這目標在2000年時做到了。2000-2012年間,開始發射北斗-2號導航衛星系統,以建立覆蓋亞太地區定位網路,也順利達成目標。最後,北斗-3號則是在2012-2020年間,建立一個全球範圍內的定位系統。
目前在太空中運作之北斗導航衛星,包括北斗二號衛星15顆、北斗三號衛星33顆,共48顆。此刻正在地球的三種軌道運行中,包括地球中圓軌道衛星(覆蓋全球),傾斜地球同步軌道(覆蓋亞太大部分地區)和地球靜止軌道(覆蓋中國),運作範圍已經含括全世界,據說定位精度可達目標旁3.6公尺(全球公共版)到10公分(加密軍用版)。但網路上也有不少抱怨,指出北斗精度不佳,導航人車到不明區域之錯誤狀況。
北斗衛星(BDS)主要由中國航天科技公司五院統領開發設計,零件設計全部是中國自產,避免了對外國產品的依賴。美國的全球定位(GPS)衛星有30多顆,歐洲伽利略(Galileo)衛星有26顆,俄羅斯的格洛納斯(Glonass)衛星有30顆,還有日本的QZSS導航衛星系統都是北斗系統強勁的對手。2024年甚至中國國內的吉利汽車集團也開始發射自有的導航衛星群,跟北斗形成競爭關係,真不知道吉利背後的靠山是誰,竟敢挑戰國家建置的導航系統,有點太超過了不是?
北斗二號衛星從2012年11月起,為亞太地區用戶提供區域定位服務。北斗三號衛星系統從2020年7月31日,完整開通定位服務,當年8月3日就獲得聯合國認可,成為全球四大衛星導航系統之一。北斗衛星甚至有用戶機送訊息的通訊功能,單次通訊能力是40個漢字。
做為軍民兩用的全球定位導航系統,已經受到中國與中國友好國家運用到各種功能的定位系統,包括大量漁船、六百萬輛以上中國營業車輛、農業機械、公車系統、災害防治系統等安裝北斗系統,甚至連中國的洲際彈道飛彈也都使用北斗系統進行導航。
2017年,中國與美國達成協議,北斗衛星導航系統與GPS信號相容使用,而在此之前,北斗衛星就已經與俄羅斯GLANOSS信號相容。北斗衛星導航系統,進一步在2023年11月,被國際民航組織(ICAO)官方認證為全球民航導航系統標準之一,未來許多世界上的民航機甚至民用船舶都可能會裝上北斗系統。
也許有人會說,中國的北斗導航系統是解放軍操控的,因此有軍事目的疑慮,所以不能用,只能用美國的GPS。但其實美國的GPS全球導航衛星系統,也是在美國的太空軍管轄下的軍用設備,原先的設置意圖一樣是作為軍事使用,只是後來開放給民間用來導航使用而已,一旦發生戰爭時,都可能隨時遭美軍關閉訊號而無法使用。
當然世界上有越來越多的導航衛星系統,除了美國GPS、中國北斗之外,俄羅斯的GLANOSS、歐洲的伽利略系統,甚至日本也在近年開始佈建自己的QZSS導航衛星系統,已經有7枚衛星在太空中,2030年將有10枚衛星開始提供東亞地區的衛星導航服務。
隨著衛星製作技術日益成熟,以及發射衛星成本日益降低,也許未來會有更多國家發射自己的導航衛星網路,甚至不只為地球表面導航,也可以陸續布建地球到月球、月球到火星、火星到太陽系外圍的導航衛星網路系統,以及環月球、環火星、環木星、環土星等之觀測衛星、導航衛星、通訊衛星系統。畢竟要開發一個地方,先行做好基礎設施是每個政府都知道要做的事情。
2.1.3 中國的宇宙探索計畫
人類必須想辦法走出地球,一方面更好地保衛地球安全,繼續維護這個人類家園不受侵害,另一方面,就是探索其他人類適居的星球。比如距太陽系最近的星系「比鄰星系」就有一個宜居星球,離地球僅有4.21光年。另外一百光年外,有一個合古星系,也有適居的幾顆行星,如唐加羅瓦星。不過,要前往這些太陽系外行星,以目前人類發明出的科技都還是做不到的,至少在一代人有限的生命裡是如此。
在宇宙中,測量距離的單位是以「天文單位(AU)」做基準,1單位的天文單位(AU)是地球到太陽的平均距離,約為1億4,959萬7,871公里。因此以太陽系為例,木星到太陽約為5.2AU,而最外圍的冥王星距太陽39AU,39天文單位就是58億3,431萬6,969公里,太陽系的行星系半徑就已經這麼大,還有外側仍受太陽風影響的區域,還有奧特雲(Oort Cloud)極為寬廣的小行星帶,總之以現在的太空技術得要飛上1萬7千年才能真正飛出廣泛定義的太陽系。
距離太陽系最近的星系是比鄰星系,距離有4.2465光年,可以說是非常靠近了。1光年是多遠?1光年是63,240個天文單位,相當於9兆4,860億公里,太陽系到比鄰星系這麼長的距離有26萬8,548個天文單位,如果沒有特殊裝置實現曲速或蟲洞旅行,人類靠一輩子的時間也等不到抵達的那一天。但是比鄰星系有三個行星比鄰b、比鄰c、比鄰d是可供人類居住的星球,也是人類出了太陽系之後最靠近的移居星球選項,但以目前人類科技,完全是無法前往的狀態。
圖2-1 太陽系外緣的奧特雲(Astronomy Lover 臉書粉絲頁)
要能實現星際旅行,第一是得要跨越光速的枷鎖,但是超過光速其實還是不夠,宇宙中動輒幾千幾萬或上百萬上億光年的距離,要怎麼跨越?這就要靠物理學家研究跨越時空枷鎖的「曲速引擎」與「蟲洞旅行」方法,大家不要認為這些都是電影中玩的幻想情節,沒有實現的可能,其實理論的論證都已經有人做過了,現在就是找到適合材料與科技把實物做出來的問題而已。
美國的NASA與民間公司SpaceX之合作,能否比得上中國航天舉國之力進行的計畫,未來還不好說。但這顯然是在美國對太空計畫不怎麼重視與投注資源的情況下發展成的情勢,如果有其他外在因素刺激或促使美國重新對宇宙充滿興趣,那麼相信美國重啟大規模太空計畫也是有可能的,而且就像中國發展得晚,就可以一下跳躍到使用最新科技一樣,美國在太空梭退役後,就不再經營運作載人太空船,是真的沒興趣,還是其實正在蓄勢待發,正在研發一種超乎所有人想像的先進的空天飛機?
2.1.4 小行星隕石防禦計畫
太空中除了發光發亮的恆星外,還有圍繞恆星旋轉的行星、圍繞恆星轉的小行星,有時小行星或隕石要是脫離恆星系引力,就會旅行到其他星系,如果旅行途中遭到其他行星或恆星引力吸引,就很可能墜入或撞擊其他星體,倘若行星上有生命,那就是滅頂之災。
這樣對地球可能造成危害的天體,被稱為「潛在危險天體」(Potentially Hazardous Object, PHO),指它的軌道可能與地球交會,有撞擊地球的可能,而且其體積大小足以對地球造成全球或區域性的重大傷害的近地天體,可以是小行星、彗星或隕石。目前NASA持續關注這些PHO,至少已有1,245顆潛在威脅小行星與65顆潛在威脅彗星受到監控中,隨著近年觀測設備越加發達,可以掌握的PHO越多。由此可知,地球絕不是安穩無憂的。
發生在距今6,600萬年前的恐龍滅亡事件,使得統治稱霸地球地表2億年的恐龍陷入滅絕,據許多專家研究指出,就是起源於一顆直徑至少10公里、天外來襲的小行星,撞擊今日墨西哥猶加敦半島北部,造成希克蘇魯伯隕石坑(Chicxulub Crator),隕石坑直徑180公里,爆炸規模相當於100兆噸TNT當量,當年蘇聯最強大的核武撒旦導彈(R-36洲際彈道飛彈)最大爆炸當量也不過2,000-2,500萬噸當量,比起這顆隕石造成的傷害也只是小巫見大巫而已。
希克蘇魯伯撞擊事件造成地球大規模海嘯、大量溫度高之塵土掀開揚起進入大氣層中,遮蔽陽光使植物光合作用失效而死亡,食草動物與食肉動物隨之缺少食物死亡,陽光無法進入也使地球溫度降到零度以下,冷血的恐龍就是在這種生態系統瓦解的情況下絕種了。地球生命重新洗牌,我們都知道,之後就是哺乳類動物興起,最後演化出人類這樣的靈長類智慧生物,今天我們才會在此思考宇宙的奧秘。
甚至也有人提出那顆撞擊猶加敦半島的小行星,原本是一顆直徑為160公里的小行星――巴普提斯提娜-298(Baptistina 298),在主小行星帶漫遊,1億6千萬年前,被一顆直徑為55公里的小行星撞擊後粉碎,許多碎片今天仍在主小行星帶,也有一些碎片被撞往地球方向,撞擊了猶加敦半島。
而與現代最接近的隕石撞擊地球事件,應該是發生在1908年,沙俄帝國西伯利亞埃文基自治區通古斯河附近森林的隕石空爆事件,據研究這是一個由水冰與塵埃形成的彗星。因此,最後竟沒有找到隕石坑,也沒有金屬遺留,但是爆炸威力相當2000萬噸當量,等於是一枚撒旦核彈的威力。導致中心點以外2150平方公里的8千萬棵樹倒下,好在當地人煙稀少,只有3人因此死亡。當地也是西伯利亞凍原,爆炸並未揚起灰塵與其他傷害事件,算是萬幸。但如果它墜落的地點改在任何一個地球人口密集區域,死傷數百萬人都是有可能的。
2023年10月22日,中國廣播網軍事頻道官方微博公布,中國計畫實施「近地小行星防禦任務」,未來15年,中國的深空探測計畫將鎖定在月球探測、行星探測、運載技術三項領域。其中,在行星探測方面,將首次進行近地小行星防禦任務,會鎖定一顆幾千萬公里外的小行星實施動能撞擊,使其改變運行軌道,並進行評估,目標是「撞得准、推得動、測得出、說得清」。
這也是針對雖然概率很小,但是一旦發生會對地球造成極大衝擊的隕石撞地球事件,進行先期研究與實驗防禦方式。報導說會以動能撞擊方式進行,那是怎樣進行?行星多大?人造飛行物之動能撞擊,能否改變其方向與速度等?還是要先在另外一個小行星上裝置引擎,改變方向去撞擊?或對其引爆核彈?總之目前未明。可能有人會說,就用核彈去炸,但是核彈在地球大氣層內有足夠威力與燃燒劑,因此威力驚人,而在太空環境中是否還有足夠力道,可能要看來襲小行星的大小與速度。
圖2-2 鮑里索夫彗星(百度百科)
如上圖,於2017年觀測到進入太陽系的鮑里索夫彗星就是由13.15光年外的克魯格60雙星系統星系來的天外訪客,時速達16萬1000公里。2019年底時,穿越了太陽系離開,但在過程中,被太陽照曬而蒸發了相當2億3千萬升的水分子。
然而,根據聯合國大會1993年2月23日第47/68號決議,係關於在外層空間使用核動力源的原則,條文規定可以使用放射性核動力源作為外層空間的動力源,但要注意安全使用,必須確保發射前先通知各國與聯合國秘書長、發射過程中核動力源不會進入臨界狀態反應以致污染地球環境,在外層空間使用也不會污染任何地方,最好用在「行星際的航行」、必須放在離地球表面越遠越好的高軌道、太空任務結束後要將放射源放在足夠高軌道,最終加以處理等。
可見到隨著科技進步,核動力源也可能與火箭引擎一樣,成為行星間旅行及太空任務中的一種動力選項。其實在1977年出發的旅行者1號及旅行者2號探測器,就是使用三塊放射性同位素熱電機作為動力來源,到現在早已經超過設計壽命,但還在持續運轉中,一般相信,2030年前,這些放射性能源仍能繼續提供探測器航行的能源。
總之,倘宇宙中真有隕石即將撞擊地球,太小的隕石會在大氣層中就燃燒殆盡,不構成威脅,太大的隕石,就算拿核武器去炸,恐怕也只是掉層灰的事情。
所以,地球上有任何國家或勢力能夠有保衛地球的觀念,是非常好的,中國如果能把其軍事武力多傾向在這種保衛地球家園正常運作的任務上,而不是派出戰艦整天在東海與南海耀武揚威,相信中國應該有機會成為全世界最受歡迎的國家。
此外,讓我們仔細研究中國的航天白皮書,也可以看出很多重點來。以2016年與2021年中國航天白皮書來看,內容計有:
發展宗旨:
探索外層空間,擴展對地球和宇宙的認識;和平利用外層空間,促進人類文明和社會進步,造福全人類;滿足經濟建設、科技發展、國家安全和社會進步等方面的需求,提高全民科學文化素質,維護國家權益,增強綜合國力。
和平發展。始終堅持和平利用外層空間,反對外空武器化、戰場化和外空軍備競賽,合理開發和利用空間資源,切實保護空間環境,維護一個和平、清潔的外層空間,使航太活動造福全人類。
通常中國的官方文告得要倒過來看,說要和平利用外層空間,那是指美帝應該要這樣做,我中國要是能夠發展太空武器,那是誰都不能阻止我的,等我發展出來了,中國可就是全球霸主了,到時候誰能指著我罵?
二、發展願景:全面建成航太強國,具備自主可控的創新發展能力、聚焦前沿的科學研究能力、強大持續的經濟社會發展服務能力、有效可靠的國家安全保障能力、科學高效的現代治理能力、互利共贏的國際交流與合作能力,擁有先進開放的航太科技工業體系、穩定可靠的太空基礎設施、開拓創新的人才隊伍、深厚博大的航太精神,為實現中華民族偉大復興的中國夢提供強大支撐,為人類文明進步作出正面貢獻。
全段重點就一句話,提供實現中華民族偉大復興的中國夢強大支撐。其實沒有一個夢,有哪個國家願意耗費龐大資源搞航天、搞太空事業?但是,在中國經濟2023年開始出現大幅下滑與崩跌趨勢後,是否還有足夠資源分配到太空事業?還有足夠經費養數十萬從事太空事業的技術人員?其中肯定包括不少尸位素餐的冗員。當地方政府公務員與教師、醫護人員都遭到裁員與大幅減薪時,還有財源供應動輒上億人民幣的火箭與太空船發射任務?這個有待觀察。也或許中國航天事業將會因商業化而走得更遠更快以因應嚴峻的財政狀況。
2023年11月,在北京舉辦的一場「太空科技和平利用國際研討會」上公布,目前中國已經與50多個國家與國際組織簽訂150多份太空合作文件,由中國提出將聯合多國(當然不包括美國)共同建設「國際月球科研站」,將有白俄羅斯與巴基斯坦的加入等,顯然中國已經成為帶領反美陣營國家上太空的領頭羊,還要上月球建造人類常駐的太空基地了。
總之,看看中國未來幾年的航天計畫,我們可以看到幾個重點:「全面建成並運作中國太空站、實施探月工程四期、深化載人登月方案論證、完成火星採樣返回、木星系探測、研發發射新一代載人運載火箭
2.1.5 大型地表射電望遠鏡
其實在地球表面,也有太空科學研究在進行,中國在貴州平塘縣興建了一個「中國天眼」。這是一個半徑為500公尺的球面射電望遠鏡(Five hundred meters Aperture Spherical Telescope),簡稱為FAST計畫,2016年9月落成啟用。
「射電望遠鏡」與一般天文光學望遠鏡不一樣,射電望遠鏡是靠接收宇宙中不可見的無線電波來觀測宇宙的,其基本原理是電磁波進入圓錐狀天線的拋物線表面,會反射集中到中央焦點位置,在中央放一台接收器,就可以匯聚接收到遠方天體發射出來的電磁波信號,並因此進行天文觀測。天線面積越巨大,就能夠收集到越遙遠、越微弱的天體發出之電波。所以各國天文學家也都想辦法建造盡可能大的射電天文望遠鏡,貴州的中國天眼就是全世界最大的一個。
由於它的天線直徑就有1,000公尺,是目前世界上口徑最大的單天線射電天文望遠鏡設施。其用途是用來觀測及遙遠的星系恆星與行星,尋找與太陽系相類似的其他星系與天體,最終就是嘗試探測星際分子、接收遠方來的智慧生命訊號,尋找地外文明。
它的巨大,使它可以看到130億光年以外的宇宙邊緣。其實那麼樣遙遠的地方發生的事情,影像傳到地球來都已經是事情發生幾十億或上百億年後的時間了,現在在當地星系的發展可能老早不是那個樣子了,這也讓人類的太空望遠鏡探索的意義有限,恐怕還是要發明蟲洞旅行,快速抵達幾十億光年外的地點,實際探索在目前時空下的當地面貌,這比用望遠鏡看來得實際且真實。
圖2-3 中國天眼500公尺射電望遠鏡(平塘縣外宣辦)
中國天眼項目特別選了一個原本就呈現漏斗狀的窪地盆地,把它當作射電天線的表面,在窪地四面圓弧坡地安裝4,450塊反射鏡面,製作成為半徑500公尺的球冠狀主動反射面,下方已有連動裝置,可以稍加調整整個大天線的方向以實現精準定位。當然也是因為中國地大物博,可以找到這麼一個天然、適合當射電天線台的地點,這對中國研究暗物質、宇宙起源、太空生命起源與尋找地外文明等科學工作都有幫助。
目前有同樣超大射電望遠鏡的國家有美國、西班牙、澳洲等,中國天眼項目的興建,可謂是彌補了上述三個深空監視站在亞洲區域的空白。
圖2-4 中國天眼在夜間之情景(平塘縣外宣辦)
這顆中國天眼已經發現了三百顆以上的脈衝星,脈衝星是宇宙中一種快速旋轉的中子星,密度極高,每一立方公分的骰子可以重量達到1億噸,且可快速發散出光線,周期固定,就像燈塔光一樣,在遙遠地方也清晰可見,因此成為未來宇宙導航行的利用重點。只要認好每個脈衝星的位置,就等於建立了一個橫跨遙遠的星圖,可以運用這些脈衝星的相對位置來為航行中的星際船艦定位導航,就不怕在浩瀚的宇宙中迷路。
中國天眼科學潛力甚大,它可以繼續搜索更多脈衝星體,並探測到更多銀行系的星際磁場,對於未來人類探索太陽系與銀河系懸臂及銀河系中心的宇宙航行都有莫大幫助。但目前中國是搞自己的探索計畫,並未加入外國天文學界共同對外探索的行列,不過資料累積起來,終有一天人類會需要共同合作,無法永遠將中國排除在外。
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