台北论坛》地缘政治延伸至太空 美、中各组团队拚搏(应绍基)

大陆两名太空人8月20日进行登上中国太空站后的第二次出舱活动。(央视)

一、绪 言

1957年10月4日,苏联发射第一颗人造地球卫星进入太空轨道运行,开创了人类的太空时代,美国震惊之余一直在后面努力追赶,促使美国对苏联展开航太竞赛,彼此在人造卫星、载人太空飞行(简称「载人航太」)、探月与载人登月和深远太空探测等领域,进行了将近20年(1957年至1975年)的激烈竞争,载人登月则是两国太空竞赛的最重要部份。1969年至1972年,美国连续6次实施载人登月成功,12名美国太空人登上月球并安返地球;而苏联只于1970年、1972年与1976年分别以月球16号(Luna 16)、月球20号(Luna 20)与月球24号(Luna 24)无人探测器,自月球采取月壤送返地球,载人登月竞赛苏联已明显失败;1974年5月苏联官方取消载人登月计划。此后,美、苏转向太空合作,尤其在建设国际太空站(International Space Station)与近地球轨道载人飞行,美、俄更是合作无间。

近年来,美国积极进行重返月球的「阿提米丝计划(Artemis program)」;中共在卫星导航系统,探测器软着陆月球与火星,以及建造太空站等航太领域表现优异,大有直追美国之势;而昔日航太强国的俄罗斯,由于经济拮据,航太人才流失,30年来航太科技领域发展乏善可陈,仅以服务美国航太业——出售RD-180火箭发动机,与以太空船载运太空人与补给往返国际太空站为主要业务,失去了昔日航太强国的风华。2020年5月美国航太总署发表《阿提米斯协议(Artemis Accords)》,邀约友邦签约参与。俄罗斯认为《阿提米斯协议》是美国领导下类似「北约」的「太空联盟」而公开反对。俄罗斯不仅退出「阿提米丝计划」,并且转与中共合作建设国际月球科研站,加上中共研建中的天宫一号太空站,已选出来自17个国家的23个研究课题在天宫一号太空站进行实验,以及数名欧洲太空总署的太空人在中国大陆接受太空人训练与学习中文,为未来进入「天宫一号」与中共太空人一同飞行与工作作准备。以中共为首的航太团队隐约成形,未来将在月球探测、深远太空探测与太空站科技研究,与美国领导的团队互争长短,地缘政治竞争延伸至太空了。

本文将就地缘政治竞争延伸至太空的背景与发展,作一完整的剖析。

二、中共近年航太科技研发成果卓越

中共于1956年决定发展航太科技,但由于当时国力衰弱,科技水准落后,至1970年才发射第一颗人造卫星东方红一号进入太空轨道运行,成为全球第五个进入「太空俱乐部」的国家;当时美国已完成第一次载人登月飞行任务,美国太空人搭乘阿波罗11号太空船登陆月球并安返地球(1969年7月16日至7月20日)。但中共有计划地规划长期航太发展计划,按照规划逐步实施,数十年来先后完成了人造地球卫星应用,载人航太,探月与着月,逐年在航太发展领域展现其实力,引起各国关注。近几年中共数个航太科技探测与发展个案的表现,更令各航太国家称赞。玆扼要说明于下:

 2019年1月,中共发射的嫦娥四号探测器在月球背面南极-艾特肯盆地(South Pole-Aitken Basin)内的冯•卡门撞击坑(Von Kármán crater)内成功软着陆,不仅全球首创在月球背面着陆(探索其他国家都无法抵达的区域),并且放下1辆玉免二号月球车,在月球表面进行巡航探勘,至今玉免二号月球车在月球背面顺利工作超过900个地球日(详参拙作《历史性创举 中国「嫦娥四号」着陆月球背面》一文,《全球防卫杂志》2019年6月号/第418期刊出)。

 1994年,中共开始研建第一代北斗卫星导航试验系统,这个试验性「二维」的定位系统,覆盖范围仅为东经70°-140°°,北纬5°-55°的中国大陆本土区域。2007年至2012年间,中共发射第二代北斗导航卫星,研建类似GPS、GLONASS、覆盖亚太地区的第二代三维北斗导航系统,服务范围涵盖:南纬55度到北纬55度、东经55度到东经180度,包括了中国大陆全部和西太平洋以及印度洋大部的亚太大部分地区。接着中共继续发射第三代北斗导航卫星,于2020年6月23日组建成功由55颗导航卫星形成星座,信号覆盖全球的第三代北斗卫星导航系统,并于2020年7月31日正式开通,为全球提供定位与导航服务。民用接收机定位精度为3.6公尺(亚太地区达2.68公尺),优于美国GPS民用定位精度的5公尺。目前北斗系统服务已覆盖200多个国家和地区,用户突破1亿,日服务达2亿次,中国产制的北斗基础产品已出口120多个国家和地区。(详参拙作《北斗系统完成全球覆盖 挑战美国GPS》一文,《全球防卫杂志》2020年11月号/第435期刊出)。

 2020年11月24日,中共发射嫦娥五号探测器飞往月球,12月1日在月球正面西经51.8度、北纬43.1度成功软着陆,12月2日完成月球表面「采样」与「月壤封装」后,12月17日返回器携带采得的1731公克月壤返回地球,在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆。使中共成为自1970年代以来首次取回月球土壤的国家;也是继美国和苏联之后,全球第三个实现「着月、采壤、返回」的国家。(详参拙作《中共发射嫦娥五号探测器月球采样返回的战略意义》一文,《台北论坛》2021年2月20日刊出)

 2020年7月23日,长征五号运载火箭自海南文昌将天问一号火星探测器发射升空,直接送入太空的地球-火星转移轨道,展开飞往火星长达2亿多公里的旅程。2021年2月10日,「天问一号」顺利达成火星捕获,进入近火点高度约400公里,远火点约18万公里,周期约10个地球日,倾角约10°的大椭圆环火轨道运行。2021年5月15日「天问一号」的祝融号火星车,安稳降落于火星北半球的乌托邦平原(Utopia Planitia),不仅为中共争得第二个以火星车巡驶探勘火星国家的荣耀,并且成为第一个首次探测火星就一次性实现「环绕、着陆和巡视」的国家。法新社报导称:「这次任务对中国而言是航太科技的一个巨大飞跃,因为他们一次完成美国花了几十年才逐步完成的任务。」

 2021年4月29日,长征五号B运载火箭发射天宫一号太空站的天和核心舱,进入高度 390公里、倾角 41~42 度的近圆形轨道运行。5月29日,长征七号火箭发射天舟二号货运太空船,5月30日与天和号核心舱对接,为即将进驻的太空人运去补给品与燃料。6月17日,长征二号F火箭发射神舟十二号载人太空船,将聂海胜、刘伯明和汤洪波3名太空人送往天宫号太空站,当天与天和号核心舱对接,3名太空人进驻天和号,将驻留3个月,进行太空站相关的组装、太空站关键技术验证与相关科研实验。7月4日,太空人刘伯明和汤洪波身着「飞天」舱外太空衣,从天和核心舱的节点舱出舱,完成在机械臂上安装脚限位器和舱外工作台等工作,另一位太空人聂海胜在舱内配合支持2名出舱太空人进行舱外操作。未来3个月内将在机械臂支持下,相互配合展开多项太空站舱外有关组装等作业。

三、中共航太科技发展将迈上更高的层次

2021年6月12日,中共国家航天局举行新闻发布会,宣布「十四五」及未来一个时期,将重点推进行星探测、建构近地太空站、月球深入探勘与建造月球科研站等。

 深远太空行星探测方面

在2030年前以火星探测为重点和主线,按照「一步实现绕着巡、二步完成取样回」的路线进行。首次火星探测任务已经圆满完成「绕、着、巡」的既定目标,下一步拟于2028年实施火星取样返回任务。此外,还将在2025年前后实施近地小行星取样返回和主带彗星(main-belt comets)的环绕探测,2029年实施木星系及行星际穿越探测任务。

目前中共已进行过一次深空探测。2010年中共发射的第二个月球探测器「嫦娥二号」,在完成环飞探测月球的任务后,于2011年6月9日受控离开月球轨道,展开为积累经验的深空探测飞行,「嫦娥二号」成为中共第一颗飞入「行星际」的探测器,先后探测了第2「拉格朗日点(Lagrangian point,L2)」与国际编号4179的图塔蒂斯(Toutatis)小行星。截至2014年年中,「嫦娥二号」与地球的距离已经突破了1亿公里,继续飞向更远的深空。

 载人航太方面

天宫一号太空站的天和核心舱已在轨运行,按照既定计划,天舟三号、四号与五号货运船分别将于2021年9月、2022年3月与10月发射,为天宫一号太空站运输补给物资与太空船的废弃物;神舟十三号、十四号与十五号载人太空船分别将于2021年10月、2022年5月与11月发射,每次载送3名太空人,进行驻留太空人的轮换,与完成天宫一号太空站的组装与实验等工作;2022年5月与7月前后,将先后发射问天实验舱和梦天实验舱入轨,与天和核心舱对接、组合与整合。2022年完成由3个舱段——天和核心舱、问天实验舱与梦天实验舱、整体外型呈水平对称 T字构型的天宫一号太空站在轨建造。届时美、俄多国合建的国际太空站已退役,「天宫一号」将系全球唯一在轨运行的太空站。

目前近地太空轨道上共有10名太空人:国际太空站中有美国太空人3名、俄罗斯2人、法国1人、日本1人,以及天宫一号太空站的天和核心舱中有中共太空人3名。

 月球探测方面

目前中共已规划将继续实施探月四期工程,深入探测月球,将陆续发射下列探测器对月球南极附近的资源进行进一步勘查,如探索水冰(固态水)等,以确定是否存在适合人类生存的环境。

嫦娥六号探测器——原系嫦娥五号的备份,也系由轨道器、返回器、着陆器、上升器四大舱段组成,规划于2023年或2024年发射,着陆月球南极,将采集月球南极土壤样本返回地球。

嫦娥七号探测器——计划着陆于月球南极,在月球南极进行一次综合探测,包括对月球的地形地貌、物质成分、太空环境等的探测任务。

嫦娥八号探测器——可能于2026年发射。除了继续进行科学探测试验以外,还要进行一些关键技术的月面试验(例如能否采用3D列印技术,在月球上利用月壤建构房屋等),验证建立无人月球科研站的可行性。

2017年年底,中共国家航天局探月与航太工程中心相关负责人透露,正在展开论证,研讨在月球南极建立长期供给能源、自主运行、无人值守的「月球科研站」,展开以机器人为主、能够长期自主运行,进行科学研究和技术试验。显而易见,中共发射嫦娥六号、七号与八号探测器的目标,就是为了在月球南极建立无人科研站,俾能深入了解月球南极与月球。(自从多国月球轨道飞行器遥感探得月球南、北极藏有水冰后,月球南极已成为各国探勘、着陆与建设科研基地的热区。因为水冰可转化为氧气与氢气,供太空人呼吸与饮用,以及用为火箭燃料飞返地球或飞往火星。)

在建设月球南极无人科研站后,中共必然将依序进行「载人登月」与「长久驻月」,目前虽已展开「载人登月」的先期研究,但那将系2030年代才可能实现的目标。

近三年来中共在航太科技领域的成就,与在航太科技领域规划的未来作为,已经超越俄罗斯,尾追于美国之后,位列世界航太科技的第一梯队,令俄罗斯航太科技人士钦羡、美国航太科技人士争议是否该与中共合作。

四、中共载人计划惊醒美国重返月球

1969年至1972年间,美国连续成功进行6的次载人登月、12名美国太空人登上月球后,皆只在月球表面进行「舱外活动(Extravehicular activity简称EVA)」数小时至22小时02分钟,除了在月球不同地区留下脚印,以及阿波罗15号、16号与17号太空船并在月球3处各留下1辆月球车,采集一些月壤就返回地球了。「阿波罗-联盟测试计划」完成后,美国载人登月从此冷却而停了下来,美国航太总署的预算也遭到显著删减,从1966年阿波罗计划巅峰时占美国联邦预算的4.41%,至1975年正式跌破1%(0.98%),其结果是美国在载人航太领域忘记了月球,至今美国与任何航太国家都没有再进行过载人登月活动。

21世纪初,中共在月球探测与载人太空飞行方面,有一系列的进展,并公布中共载人航太的「三步走」发展战略,是依序实现「建成天地往返的基本运输工具、建立短期有人照料的太空实验室、与建造大型长期有人留驻的太空站」的目标,而其长远目标则是「载人登陆月球、建立月球基地」,甚至于「载人登陆火星」。2003年10月15日,中共太空人杨利伟搭乘长征二号F火箭发射的神舟五号太空船进入太空轨道,环绕地球飞行14圈后返回地球安全着陆,中共成为全球第三个具备载人航太的国家,令美国朝野感到震惊,同时激发美国载人航太应重返月球与向火星发展的概念。

2004年1月,时任美国总统的乔治•布希(George W. Bush,小布希)发布「新太空探索计划(The new space exploration program)」,计划内容包括研制下一代载人太空船与运载火箭、载送太空人重返月球进而登陆火星等。但因多种因素羁绊,十余年来发展绩效不彰。

五、美国重返月球的「阿提米丝计划」

2017年1月,美国第45任总统唐纳•川普(Donald John Trump)就任,其施政主调为「让美国再次伟大(Make America Great Again)」。2017年12月11日,川普总统签署第一号太空政策指令(Space Policy Directive No. 1),宣布美国太空人将重返月球,不仅要在月球上再插国旗与留下脚印,还要为未来的载人火星任务奠定基础,将来还要飞往火星之外的世界。这个重返月球的载人登月任务,被命名为「阿提米丝计划(Project Artemis)」。

阿提米丝计划的目标是:2024年将第一位美国女太空人和下一位男太空人送上月球。阿提米丝(Artemis)是希腊神话中的月亮女神,也是太阳神阿波罗(Apollo)的双胞胎姐姐。1969年至1972年间美国连续成功进行6次载人登月,12名美国男性太空人登上月球,当时的载人登月任务名为「阿波罗计划」;美国2024年送第一位女太空登陆月球的任务,以月亮女神「阿提米丝」命名最能凸显任务的特色。

阿提米丝计划的载人登月模式与1960-70年代的阿波罗计划大不相同。阿提米丝计划将在地月太空(cislunar space)建构一个称为「月球轨道平台-门户(Lunar Orbital Platform-Gateway,简称「月球轨道平台」)的太空站,运行于环绕月球的高椭圆形「近直线光环轨道(Near-Rectilinear Halo Orbit)」上,作为载人登月的整备站与飞往火星的中继站。「月球轨道平台」太空站是数个不同功能的舱段,自地球发射至月球「近直线光环轨道」,在轨道上组建整合成为一体,为登月太空人提供居住、维生、工作、能源、通信等功能,比照国际太空站由美国、俄罗斯、欧洲太空署、日本与加拿大等国分工建造。「月球轨道平台」第一个发射的舱段是美国研制的电源-推进舱(Power and Propulsion Element),将于2022年发射。(详参拙作《阿提米丝计划:2024年美国太空人重返月球》一文,《全球防卫杂志》2020年2月号/第426期刊出)

拜登(Joe Biden)就任美国第46任总统后,将中共视为战略竞争对手,格外支持阿提米丝计划,力求于2024年将第一位美国女性太空人和一位有色人种男性太空人送上月球(针对美国国内种族对立情势而调整),长期目标是在月球表面建立基地,开拓民间企业参与的基础,最后则是载人飞往火星。

六、美国阻绝了中、美航太科技合作的可能性

自1956年中共开始发展航太科技以来,美国就怀有戒心,防范中共自美国获得航太科技相关资讯。1990年代美、俄多国开始合作研建国际太空站,中共表示有意愿参与,但被美国拒绝。1999 年 5 月,美国国会发表《考克斯报告(Cox Report)》,禁止中共利用商业卫星发射服务、发射美国制造或具有美国制造元组件的商业卫星,防范中共窃取美国卫星与火箭相关资料。2011年4月,美国国会众议员弗兰克•沃尔夫(Frank Wolf)进一步提出「沃尔夫条款(Wolf Clause)」,禁止美国航太总署和白宫科技政策办公室的任何联合科学活动与「中国政府」进行技术交流,以及以反间谍为由禁止美国航太总署所有设施接待「中共官方访问者」。

中共祝融号火星车成功着陆火星展开巡航探勘,以及中共3名太空人进驻天宫一号太空站的天和核心舱后,甚多美国航太科技人士与学者,呼吁美国与中国在航太科技领域展开合作,不仅可发挥相辅相成的效果,并且能羁绊中共在航太科技领域快速进步,但皆未得到美国航太总署的回应。

2021年拜登总统上任后定调:中国系美国的战略竞争对手。美国航太总署新任署长尼尔森(Bill Nelson)立即心领神会,于5月19日在美国参议院2022财年预算提案会议上,向参议员展示祝融号火星车着陆火星后拍摄的照片,声称中国航太科技实力紧追于美国之后,正在推动着陆月球南极的计划,要求国会增拨航太总署经费,积极支持实现美国太空人重返月球的「阿提米丝计划」。

6月23日,尼尔森出席国会众议院听证会,美国共和党籍联邦众议员华尔兹(Micheal Waltz)问尼尔森:「中国在太空的主导地位越来越令人担忧,中国正公开谈论将取代美国的超级太空强国的地位……你同意美国将不再保持第一名的地位吗?」尼尔森斩钉截铁地回答:「美国理应做第一……,多拨预算才能使美国更好地与中国竞争。」当被问及是否支持「沃尔夫条款」及将其永久化时,尼尔森连忙表态答道:「是的,我支持。」

数十年来,美国持续阻绝中共自其获得航太科技资讯,不仅防范与管制愈来愈严厉,今年更进一步断绝了中、美航太科技合作的可能性。

七、地缘政治竞争延伸至太空 美、中各组团队拚搏

拜登总统就任后,其中国政策基本仍是川普前总统的「抗中」,不同的是作法——拜登极力拉拢友邦,组成各种团队,在美国领军下共同对抗中国。

在航太领域方面,2020年5月美国航太总署发表《阿提米斯协议(Artemis Accords)》,邀约友邦签约参与。根据美国航太总署的说法,协议有两个目的,一是为促进太空探索的国际合作,一是协调相关国家的和平相处,并希望成为美国及其航太盟友未来进行太空活动的指导原则。时任航太总署署长的吉姆•布莱登斯坦(Jim Bridenstine)则声称《阿提米斯协议》将成为建立探月全球联盟的工具。俄罗斯公开反对《阿提米斯协议》;中共未被邀约参加(应系受阻于「沃尔夫条款」),很多国家则观望。多国担心该协议将使美国占据国际太空法的解释权,并使全球太空企业进行月球商业航太活动时必须向美国寻求许可。目前签字参与《阿提米斯协议》的国家已有:美国、澳大利亚、巴西、加拿大、日本、韩国、卢森堡、义大利、纽西兰、乌克兰、阿联大公国和英国共12个国家,系当前以美国为首的航太科技合作团队。

数十年来中共与欧洲和第三世界国家进行航太科技合作频繁,除了利用其太空探测器搭载各合作国家的探测载荷(装备)共享探测成果外,也与他国共同进行研发专案。最成功的范例是始于1988年的「中、巴资源卫星合作计划」,迄今为止陆续共成功发射了5颗资源卫星,资料广泛应用于中共和巴西的经济社会各个领域;另有2001年至2004年间,中共与欧洲航太总署合作进行的「地球空间双星探测计划」,对近地太空赤道区与极地区的地球磁层进行三维同步探测。近年中共发起推动与巴西、俄罗斯、印度、南非等国的航太机构共同组建「金砖国家遥感卫星星座」,强化金砖五国的航太科技合作。2020年发射天问一号火星探测器任务过程中,欧洲太空总署、阿根廷、法国、奥地利等国航太组织参与相关技术合作。

中共计划于2021 年至2022年问研建完成天宫一号太空站。2016年,中共与联合国外太空事务署(United Nations Office for Outer Space Affairs)签署了一项协议,将天宫一号太空站对国际开放,向所有联合国成员国征集有意搭载到天宫一号太空站的合作实验项目,目前已遴选出来自17个国家的23个研究课题,涉及微生物学、天文学和微重力物理学等领域。此外,数名欧洲太空总署的太空人在中国大陆接受太空人训练与学习中文(太空船与太空站的操作介面,以及沟通语言皆为中文),天宫一号太空站建成后,将会看到外国太空人进入太空站与中共太空人一同飞行与工作。今后中共与欧洲及第三世界国家的航太科技合作,将因天宫太空站建成更为扩大与增加。

1975年7月美、苏太空竞赛达成「和解」后,数十年来苏联/俄罗斯一直是美国的帮手,在太空科技领域合作无间。阿提米丝计划的「月球轨道平台」有一个舱段,美国安排由俄罗斯研制。俄罗斯公开反对《阿提米斯协议》后,继而宣布退出阿提米丝计划。俄罗斯国家航太公司总裁德米特里•罗戈津明确表示称:「因为美国将它变成一个庞大的政治项目,在美国的领导下成为类似「北约」的「太空联盟」;俄罗斯不接受月球军事化。」2021年4月俄罗斯副总理鲍里索夫(Yury Borisov)宣布,由于国际太空站严重老化,俄罗斯的太空站运营合约也将于 2024 年到期,因此俄罗斯计划自 2025 年起退出该专案,并着手建造自己的太空站。俄罗斯与美国的太空科技合作关系明显改变。

另一方面,俄罗斯已确定与中共合作建设国际月球科研站。2021年3月,中、俄政府签署了《关于合作建设国际月球科研站的谅解备忘录》,启动国际月球科研站的合作;4月23日,双方发布《中国国家航天局和俄罗斯国家航太集团公司关于合作建设国际月球科研站的联合声明》;6月16日,全球太空探索大会期间,中、俄联合发布了《国际月球科研站路线图(V1.0)》和《国际月球科研站合作伙伴指南(V1.0))》,并欢迎国际伙伴在国际月球科研站任务的各阶段以及阶段各层级参与专案合作。显然中共与俄罗斯将组成航太团队,合作探测与开发月球。

俄罗斯在太空领域拥有丰富经验,但因经济资源不足而使其研发项目进展迟滞,中共在进入太空探索方面相对较晚,却完成了俄罗斯和前苏联未能完成的任务,跃居太空强国之列,中俄联手合作,并邀集欧洲与第三世界国家组成另一团队,在航太科技领域共同研究发展,势能追赶美国在太空领域的优势。

八、结 语

美国透过《阿提米斯协议》组织类似「北约」的「太空联盟」进行「重返月球」工程,令俄罗斯顾虑美国将独占月球与月球资源;由于中共的航太科技实力已超越俄罗斯,紧追美国之后,俄罗斯不得不舍弃美国改与中共合作,共同研建国际月球科研站,期盼能借助中共的实力得以分享月球资源。2022年中共建成天宫一号太空站,很多国家因它即将系全球唯一在轨运行的太空站,而被吸引参与以中共为中心的航太团队,在太空站科研、开发月球资源、深远太空探测等方面,和美国领导的团队展开竞争。地缘政治已延伸至太空,太空竞争将进入一个更为激烈的全新时代,未来人类将迎接一个航太科技加速发展的新境界或是太空战争?世人且持续关注其发展。

(本专栏作者意见不代表论坛立场)

(作者为前中山科学研究院顾问)

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