spacex回收打开了人类航天第二步 航天深度报道一:非载人航天解读

SpaceX的星际飞船原型机爆炸之后，不禁发问：载人航天，有必要这样不安全吗？

不少人才捏着冷汗看完龙-2飞船的两次发射，直看到宇航员顺利进入空间站后悬吊的心才算安稳下来，但马上消息又传来，马斯克的StarShip的星际飞船SN-4原型机在两天前的测试中发生爆炸，现场一片火海。烈焰退去却不禁思索：航天探索，有必要这样不安全吗？

我们知道航天发射是个高风险高消耗的行业，NASA对CCP（商业载人航天项目）的安全性提出非常严格的要求：航天器发射上升段与返回下降段航天员的损失比率不的超过1:500，即每500次任务最多只能牺牲1位宇航员。考虑到最长210天的任务时常和各种太空意外，实际总指标是1：270。相比较而言，航天飞机项目为1:90（实际为2/135），俄罗斯联盟号飞船要求是1:110（实际为1/87）。而航天大国的中国必然也有类似的极其严格的安全标准，目前没搜寻相关数据，但谁都知道太空任务极其危险，所有流程的细微差错都会逐步累积放大成为最后的严重事故，导致宇航员损失，因此面对着数百万器件组成的庞然大物航天器，任谁都不会承诺100%的安全。

翻看历史，NASA面对拨款限制带来的财政压力，以及种种管理问题，不得已下放商业航天给一众企业，却终于交出满意的答卷。私营企业用互联网思维 先进制造进军航天业，取得漂亮成绩，不得不说私营航天与NASA用不同的探索思路，走了异曲同工的发展路径，虽然极大降低了发射成本，采用了更新的科技，但一样还是采用了载人探索的老路子。

从引力波发现以来，航天君就对天文乃至启航星辰大海的愿望产生浓厚兴趣，时常翻看追踪国内外航天探索的不同报道，决定发掘一些这个行业的干货做报道，写一系列深度的解读，以此对航天的科普做点贡献。作为刚刚进入这个新领域的局外人，极力做到真实客观，纠正知识上的薄弱，大家共同进步。

搜索国内的行业资料，中国航天业也已开始逐步开放部分商业航天领域，让出更多的细分领域给私营航天公司参与，涌现不少商业航企。比如主打火箭发射的星际荣耀、零壹空间、快舟火箭（前段时间直播卖火箭的那家），以及主打卫星开发应用的如长光卫星、零重力实验室、微物联纳星、微纳星空、九天微星等。业界确实贡献出不少探索航天思路，呈现百花齐放的航天路线，各家也基本确定了自己的航天探索方案，呈现不可小觑的前景。

选材的范围非常多，但从今天的主题看航天君确实是整理到一家以不载人实现航天探索的路线。看过他们家会议室播放的登月重放和阿波罗13号历险记后，航天君再次感受到整个过程险象环生，品尝过他们3D打印出略带酸甜的太空糖果食品后，决定就从这家开始先做第一篇报道。

非载人航天追踪实现整体登月的方案，经过工程师的几番论证而完善。起始的步履慢些，但最终也是能实现像SpaceX或者蓝色起源那样着手太空探索。做为高成本和高风险的航天事业，在现有技术前提下实施出适合商业航天发展的却并不着眼“载人”的航天方案，因为他们认为“生命成本”其实也十分昂贵。

耗费巨大的航天探索背后是探索者的生命成本，主流的航天路径无一不把载人航天做为标杆性挑战。航天君内心真切认为航天英雄真的是很伟大，但伟大的背后又总有先驱者的牺牲做付出，又仔细看了埃隆.马斯克的火星殖民计划，在2050年前完成百万人的火星迁移，让航天君还不得捏个百万次冷汗。

我们用埃隆马斯克的“百万人群迁移火星”与“非载人航天之”驻月微星进行一番全面比较，看看其间差距。

一、目标比较：

火星移民：无论是NASA还是“太空竞赛亿万富翁的俱乐部”中所提到的星际目标，无一不剑指建立红色火星的永久聚居基地，而美国重返月球的“阿尔忒弥斯（Artemis）”登月计划，其核心仅仅是把月球做为奔向火星的“跳板”，而非做为开拓利用，这方面格局和视野明显宏大。

评价★★★★★

微星驻月：只利用现有技术和超前一些的技术改造距离人类最的月球，而且周期缓慢——相对火星移民的用时40-100年，虽然驻月计划仅仅在不远处的月球，但其提出的实施期限竟然要999年，这里并不包括在地球反复演练测试、培训教育的100年间。

评价★★★

二、投入比较：

火星移民：航天向来是个高投入的行业，其高投入和无近期收益连大国都往往吃不消，这就是埃隆.马斯克的过人之处——成功降低了成本，压低了门槛，20万美金的门票起步虽然不能算是消费级，但是该成本确实在地球也能购买一套大房了。而在火星驻扎是否还要继续收取入住者房租或者是赠送居所，马斯克目前没有明说，但参与建设和劳力换取是必不可少的，毕竟根据经济规律，宇宙也没有免费的午餐，而在异星上自掏腰包建立一座城，即便世界首富也吃不消。

评价★★★

微星驻月：数百元的入门组网门槛，还包括一套微星启用设备，算是进入消费领域了，但是后期的开发维护成本估计要透支几代人的心血。虽然回报率比较有点惊喜，不仅可以实现全家人和几代人持之以恒的航天教育与操控登月实践，并且还能参与月表建设最后赢得入驻门票，这种满足感像时间胶囊一样累积起来。

评价★★★

三、安全比较：

火星移民：再小的风险比值也有牺牲率，毕竟是百万人移民火星，在地球挖建一个隧道也许都要贡献一些生命，经历那样遥远的航程和建设，估计会折损、伤病一些吧。但人们相信SpaceX始终会把生命的价值和安全性放在首位，就像特斯拉跑车那样，最终比较下来事故率其实并不是很高的。

评价★★

微星驻月：在家就能远程驻月，等100-1100年后安全无虞了，再正式登月。航天君想，这类比为一个新建房屋，甲醛、漆味都消散差不多了、水电煤气设施都开通了再提包入驻吧。当然做后期模拟月峰攀岩探险、失重训练之类的预先演练也会有事故发生，因此不评全分。

评价★★★★

以上综合算是打平手，但是今年又出现了新冠病毒，龙2飞船的宇航员升空都经历了观察期的隔离，减少带去和带入病毒的风险，回程后还得继续在地球上反复消杀、检验隔离才能入境。毕竟地球上有70亿人口，一个新型变异的病毒就可以搅得世界惶恐不安经济活动限制。然而人类和病毒的斗争更是长期博弈的过程，经历长期宇宙射线和火星的居留而后返回，这方面的一些因素还是必须考虑进去，因而总的来说还是给单程的微星驻月稍稍加分吧。只不过同宿舍的单身汪说火星任务必然带来繁重的生育任务，或许会产生异星恋情，这种对文明播散以繁殖为己任的生命体而言，又似乎加分的天平可以稍微倾斜一下，因此最终还是持平。

比较暂时先放下，后面继续还有项目评分。关于SpaceX的专题经过媒体的刷屏我们已了解很多，先要介绍微星驻月计划后再进一步权衡。限本人资历有限，起始感觉给航天君像是SpaceX的星链计划变种（说实在全面了解了国内的几家航天规划后，总是有似曾相识的感觉），后来听着听着才最终明白实则大不相同，这些将放在文末做最后分析比较，是干货中的干货。

非载人航天探索其全名称应该是“传感器驻月”计划——不用炸毁航天器做逃逸测试、也不用验证失败率尚高的可回收技术、每个环节都采用成熟技术、只需要货运飞船而不是载人飞船，也不用考虑购买昂贵的生命支持系统，让我们一起看一次不带科幻光环的航天任务吧。

人类登上异域星球，无非是着手建设、改造宜居。如果没有人，至少以当前不太高的科技水平来说，即便使用目前最先进的机器人也是没法代替人类从事灵活作业的，这是目前科技现状限制了人们的想象。

那么如果是以现有科技再努力一点就实现的微型机械、小型工具，或者是各种类型简单、功能单一的传感采集器呢？用于先期探测甚至铺设基建上还是实际可行的——提供一种以任务分担、功能拆解、配合协同高像素数据画像、基建的方式，这就是目前这家私营功能性卫星开发公司所推行微星驻月的基础。

火星太远不敢想。科学家就以远望星辰大海，却用看得清晰的步骤登陆月球为逐步验证实施，其大致描述是：发射数量可观的微星传感器到星球表面，尽可能地分散，形成具有一定规模规律的分布进行月表网格化，形成覆盖月球的基础信息层。用持续的探测数据逐步填充完善来建立一个月球信息空间，以此基础从整体上对星球进行建设规划，时间大约是第一个100年。这样探测得来的数据画像应该是非常详细并且可以深度利用的。

与马斯克是火箭爱好者和航天器专家不同，这里的科学家主要是信息工作者，更偏向于信息空间的建立：既然现有技术已能承载微纳仪器登陆月球，为什么不更多地送上月球去代替人工操作远程敏捷组网（相当于铺建微小5G基站）。航天君今天还学习到一个新现状：目前太空赛道总有个不成文的规定，是先占先得、永占永得，导致航天界拼先进、拼科技的现象十分严重，极大促进了技术进步。但也导致人类缺乏协同、无法均衡。但是目前的竞争焦点还主要集中在距离地表100km以上的冯.卡门线以上物理空间和空间地理方面，反而忽略了信息空间。当然星链系统已经产生了近地轨道的Ka/Ku波段和E/V频段抢占和通讯协议先入的优势。作为信息业者的科学家们已然意识到这一点，因此决定采取用微星驻月建立“月网”的方式从月球上开始实验。

简单说就是物理上人类还到不了的地方，信息可以先覆盖——信息时代中人类科技文明的进步哪里会仅仅停留于物理和地理呢？随着互联网的发展，信息空间在地球上已经逐步完善，为减少争议，应该把这层信息态同样映射于月表，实现信息地缘共识化。当然和以地理占坑相比较，信息占坑目前争议较小，以此切入还是具有广阔想象和作为，放弃必然导致在未来话语声变弱。

根据工程师的规划，组网后每个探测颗粒进行热点范围内的信息采集、互联分享，形成月球本身的信息空间；其次是形成密钥共识层，确认探测者的数据贡献，并考虑适当给予其一份贡献奖励，激发人类更深入的探索意愿；另外则是扩大容量，实现地球信息的映射层建立，把现有人类社会结构关系映射在月球表面，可类比于地球的一面信息镜子。具体实践为：地球上人们可以持续上传自从地球诞生以来人类所创造留存下来的各种历史文明，形成一个信息膜，用特殊的信息观看器就可以浏览不同时期的地球文明史，也可以上传模拟态做虚拟的月球实境探月，甚至理解为相当于一个地球文明的备份、人类记忆的一个备份。

航天君开始还听的有点迷糊，但是通过PPT数表演示的分析讲解，终于能够理解这个层所代表的真正含义。原来科学工作者是以信息膜来解释信息熵所带来的权重比，简单说就是文明古国历史厚重些，因此权重高些；而现代科技改变人类文明在西半球多些，因此权重也高些，形象说有点像google的信息网络以复杂的Score算法最终归纳出的上下波动的Rank，映射在星球导致膜的厚薄不一、色彩斑斓。总之，把这种膜层下载到埃隆.马斯克的脑机公司的Neuralink接口，应该是可以给个体知识充电或者做意识存储吧。

总算通过沙盘理解了“人类登月、信息先行”的涵义。言归正传，登陆方案全部由现有技术进行设计实施，否则微星驻月脱离现有航天技术的支持，也是难以实现。但航天君认为马斯克是铁了心打算移民火星，而该“非载人航天计划”看的并没那么遥远，仅仅是以探索月球为目的，压根不用考虑有人太空航程中的问题、不用花费精力于生命支持系统，技术上的要求确是比殖民火星低了许多。其具体过程是：

1. 传感器登月：传感器不限于照相机，还可以是固相超声波、不可见光摄像器、月震波收集器、小天文望远镜等，形成广谱数据采集，让月球数据全息化、维度化。

2. 传感器的坐骑：相当于一个微型小车做运载器，载着传感器在一定范围内采集工作。微星器可大可小，主要还要参考即时的科技水平与成本，相当于缩微的玉兔或者机遇号，也要达到耐受极端严苛环境的水准，否则报废了需要经由二次发射补充（参照摩尔定律，微星器也会快速迭代）

3. 月网组建：通讯必不可少，因此微星器之间要形成统一协议的互联，建立坐标与热点，这样可扩大探测器的活动范围与探测的无缝协作，有利于深挖采集得数据进行综合分析。当然形成的信标定位比GPS精度可以高许多，我们知道以地端的定位比GPS精度可以高许多，延伸到一定深度的地底层都可以应用。

组网形成后的想象力就比较大了，可以形成无人交通、自主驾驶、互助协同等，甚至形成神经网络、无人工地等，完成一种叫做“对月球整体或局部区域的编程”。受访航企介绍：网格内运维的设备采用的是一种叫边缘计算的方式，与之前地球上的云计算并不一样。其内设原理和马斯克的猎鹰9号火箭的飞姿控制系统一样，有个信息处理的投票机制，导致其造价偏低，可靠性优，用于航天系统非常合适，能强力抗宇宙射线的各种干扰。（航天君把原话记录，有科学基础的读者自己理解）

总之，以形象说法就是：等待仔细探索清楚了再从事远程建设，最后才考虑安全登陆。虽然有点拐弯抹角，花费的周期相比也有点长，但是经过前期的铺垫后再进行顺畅安全的大规模的移居，航天君看也行。（好比是知己知彼胸有成竹之后，把道路都铺顺利了、环境改造宜居了再搬家过去的味道）

俗话说：兵马欲动粮草先行。马斯克的今日成就启发我们：对常规人所不敢想、不敢做之事，只要做就认真做好，哪怕再疯狂的想法经过每一环节的论证实际可行就可以大胆施行。当年的阿姆斯特朗和奥尔德林的登月不正是如此，现在想起来仍然觉得登月的过程科幻十足，至少NASA在短期航程中还是解决了宇航员的衣食住行。一旦抵达从零开始的火星目的地，拓荒、垦植给人的体验一定不佳，确实马斯克是不是可以考虑研制几个机器人带上一起同行呢。

（因在加班整理资料的时候，重新回顾了埃隆.马斯克的殖民火星计划，似乎并没有提到具体航程中旅行者的细节安排，只是这次宇航服的改进确实相当点赞。可话说回来生活的细节可远不止衣服这么些点，毕竟是长达好几百天的旅程，相信马斯克还有系列后招）

下文的重点是发射，要不然方案只能望月兴叹。回归关于载人航天的话题，航企专家介绍：微星驻月完全着眼于现有航天技术或不远时期可执行的技术出发、市场条件出发，安排自己的发射通道步骤，其具体过程是：

1. 建立小型绕月空间站（这个后面说解决方式）

2. 该空间站与地球之间的航天器货运（现有可执行）

3. 海绵（没错，你没看错）

4. 或许还要做，半截月球太空电梯和数门大炮

下图即示意说明，在航天君看来貌似一点也不科幻——原来这也行（本文科普段）：

根据方案实施团队介绍（没错，他们确已开始动手实施了），简单评估为：虽不科幻但科学，毕竟每一步都需经过科学家们以航天资料结合工程学、数学、材料学、经济学仔细论证探讨而来。这里的许多科学家都是太空探索爱好者，太空迷们可要睁大眼睛看，大致没有太过深奥的道理，说不定你都可以DIY一个。

以无限远的静止物体不减速撞击月表，最终得到月球第二宇宙速度约2.83km/S。为减少物体降落的最终落点速度，采用了以月球太空悬梯半空处静止投放的方式。减距的结果是撞击月球速度将小于月球第一宇宙速度1.68km/S，实际控制于3倍音速较为理想。

进一步减震措施是固定投掷于大面积的海绵“深湖”，就像航天器返回地球溅落深海一样，传感器将用“打捞”的方式获取出来。当然，物品的包裹必然经过“宇航快递公司”事先严密的气囊重重包裹，在真空中形成膨胀而降落。航天君问为什么不用翼装或者降落伞呢，原来月球上空气稀薄的很，重力也很低，因此飞不起来。（其实还有更简单粗鲁的盲投方案，直接包裹气囊抛于月表，经多次月尘中弹跳自然减震随遇而安，让微星器扎根。但此项并无经历验证，需要计算的因素还很多，尤其抛出角度，因而科研人员说这种“弹子球”式的登月留待日后可做实际检验测试）

而海绵湖的形成比较直观，以下结合海绵深湖的产生和降落减震过程说明：

A. 航天站以月轨做定点悬停，选择合适的环形山体做大型海绵体投放，形成弹性减震湖区。其步骤为：航天器运载经致密压缩后的轻质海绵块至定点月坑上方，海绵床膨胀并自由落体施放下落，以多次投放后填满深谷形成“绵湖”。0.5kg微星器（传感体 移行器）包裹入气囊与厚海绵体层，经太空电梯（缆绳）输送至释放端垂直下落，落湖后由小型喷射型无人机以磁吸或钩钓法移离湖区，以解绑法破茧脱出（类似降落伞的一种翻绳方法）。

B. 而较大的一体式设备则采用以下登月方案：大中型设备（定义为20KG以内的物品）包裹完善，并于正下方区安置尖芒区，输送于电梯终端的释放处落下，路程中逐步辅以气动反推做多次喷射减速。近地高度处，经制导器定位后由月面发射大型“气囊炮弹”做连续碰撞刺破--正下方区爆裂--不断反向减速，直至溅落“定点绵湖”。别说SpaceX的Dragon-2飞船的线上模拟器操作真实直观，实际在地球上在月球上“开炮”的操控者也同样会觉得相当过瘾，好像操控游戏一样。在未来一些小陨石也考虑由这种炮直接发射上中转站运回地球研究，必然会比蹦床靠谱一些。（提到这里，想起俄罗斯专家对马斯克的梗，中国的航天工作者也曾相当郁闷）

曾经听说过科学家聊起地球版的太空电梯，好像神一样存在，但是实际却毫不可行，因为在地球上还找不到那样无比坚韧又轻盈的缆绳，连马斯克都不会做这种没可能实现的事（仔细回顾，马斯克或许会从科幻作品中寻找方案，但实际从未实施完全没基础的项目，这一点非常重要）。可是相对于月球来说，实现太空电梯就简单许多，让人惊喜不已。然而经过测算目前的高新复合材料还是只能耐受50-80km的长度，真的是非常遗憾。毕竟以现有技术进行计算后，也仅支持安全运载20公斤以内的物品，太多或许就断掉了。还好是细水长流，轻质的海绵块经过压缩，10kg也仅仅烤箱大小，膨胀开却足足有一个大房子，经过一个月的连续投放就足以形成一个500米深的海绵湖。

航企特意强调了关于月球环保措施：压缩气体将取材于月尘，为电解法制备建材时收集存贮，而旧海绵则可继续利用做月球的无土栽培基料不产生废弃（因海绵的降解要不时以新补充，保证减震效果）。

登陆后的微星器该干嘛干嘛，从绵湖区为中心逐渐扩散，张开天线，保持各自信号范围内的社交间隔，执行各自的月球任务，而地球端从38万公里处进行远程遥控，开启实境探月。航天君注意到一个细节被专家提起：为了避免延时造成的尴尬体验，信息层的AI算法可基于观测数据执行预测，提前2.56秒建模实景，这里又是一个学问，由于太专业，只能下次找个机会深入这个项目科普，让题主自己参透清楚了再做一次相关专题。

看到这里，真正的技术难点还主要是小型绕月空间站的搭建，中国不久将有地球的“天宫”空间站建设，那么这里的中转小站可否叫做“月宫”呢？航天君推敲，到2050年马斯克都实现百万移民火星建设了，一个小小绕月空间站应该不是什么问题。如果SpaceX的星际飞船STARSHIP有淘汰的借来暂时租用一下，也能够利用了，而中国和俄罗斯也将有建造深空空间站的实力，看看哪种方案便宜择选哪个。

另外一个困难点：传感微星器在月面上的扩散，据测算也需要达到惊人的8800万个规模，足足是星链计划的200倍左右。只不过好消息就是，目前一颗星链卫星重量就是227公斤（已将在轨12000颗），而微星器约在0.5-3公斤之间，貌似并没什么难度。以中国航天的现有长征重型系列、俄罗斯联盟号飞船都可以基本满足发射任务，平摊下来也不昂贵，也是感谢SpaceX、Blue Origin、银河维珍等公司参与的市场化竞争，让发射服务既好又多元。

余留一个通讯问题，好在现在天基通信已开始热火朝天地开展了，可选择的上游企业也很多，相比较实现到火星的通信，应该也不会是大问题，那时6G网速也不可能太慢。而目前地月间最前端的中继通信还是数中国航天的鹊桥系列最先进可靠，在月背端信号都可以辐射到；或者依托以中转空间站来布署中继（月宫并不会只有一个，而是随探测区域扩大增布）。另外由微纳星在地月间的通道上排布形成天基导航通道也是一个备选方案，但是那样又影响天文观测，因此不予采纳。购买了宽频网络，届时宅家遥控迷你月球车玩PK就不会是难事。

下一个具体过程是传感设备的组网，形成预想中的“月网”，这是航天大工程，需要协调的东西很多，按照规划来逐步进行。看来地球人不但要用星链包裹地球，也要让驻月器包裹月球，区别就是一个是作为通信，一个是作为应用，一个在低地轨列队飞行，一个在月表蹒跚漫步。之前奥巴马所提出的智慧星球计划，有专家断言数据割据的情况下在地球三百年没法实现，却可以通过这种方式在月球上先实现，毕竟月球是个空白从零开始建设的信息填充系统。

有前瞻的科学家们其实并不着眼于月球的地理空间，反而是信息空间，觉得后者的意义在星际探索中位置反而更加重要，未来人类思维仅仅着眼于物理是不是过于狭隘了。进行一种“人类登月、信息先行”的实施步骤，一旦传感器如寒武纪爆发般遍布在月亮星球之上，那就是人类最适合登月的时机。事实上科学家正是形象采用显生宙、寒武纪、奥陶纪来规划各个发展时期，我们在以后专题会有非常大篇幅介绍其意义，还涉及到IoT与边缘计算，很是值得期待。（上篇完）

（限于篇幅航天君只能把专题分成了两部分，关于更深入详细的非载人航天计划，明天航天君将进一步做深入报道和详细解析，下篇将有更多干货发掘，逐步清晰整个非载人航天

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