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探索太空,人类绝无可能孤军奋战

来源:解放日报2022-02-12 09:57

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  作者:顾学文

  蒸汽机的发明引发了第一次工业革命,人类进入机械化时代;电力的使用驱动了第二次工业革命,人类进入电气化时代;计算机的发明和应用催生了第三次工业革命,人类进入自动化时代;互联网的普及与发展造就了第四次工业革命,人类进入信息化时代。

  那么,什么将引发第五次工业革命?

  西班牙女科学家茵玛·马丁内斯的回答是:太空技术引领的第五次工业革命,将使人类进入全新的“太空文明”时代。

  但她在新著《第五次工业革命:太空技术引发的科技革命和产业变革》中也严肃地指出:在前四次革命中,人类消耗了太多自然资源,导致了自然系统的崩溃,人类面临着空前的生存挑战,第五次工业革命将会是也必须是绿色的革命,生命科技和可持续的行业将占据主导地位。

  而更重要的是:探索太空,人类绝无可能孤军奋战。

  始于好奇

  我们是一个探索的文明,探索刻在我们的DNA中

  读书周刊:斯蒂芬·霍金曾说:“我认为人类无法在未来几千年中持续生存,除非我们散播到太空。”人类是何时开始把好奇的目光投向太空的?

  茵玛·马丁内斯:人类探索太空的历史不是数百年,更非始于20世纪。实际上,早在几千年前,当旧石器时期的人类开始探索周边环境时,他们就同时埋下了探索太空的种子。

  太空工业以探索为基础:许多卫星的发射目的是观察地球,观察我们的银河系、银河系里的行星或其他地方。嫦娥工程与达·芬奇的直升机、化学家居里夫人和宇航员兼科学家王亚平的工作之间有着直接的联系。这种精神指引着我们直面挑战,推动科学的进步,促进国家经济的增长。

  在21世纪20年代的10年里,这些投身于太空工业的国家都在鼓励商业创新,希望开创一种基于太空的产业,如太空矿业,希望能发掘新的能源和资源。曾经领导行业发展的航空航天机构将重点集中在火箭工程、宇航员的培训和太空生存的准备上。我可以充满信心地说,现在真正引领新太空工业发展的机构,例如欧洲航空局和中国,正在发起合作倡议。不再是各国单打独斗,他们将共同突破技术与科学难关,带领全人类走向繁荣。

  今天的太空是合作的舞台,最有领导力和长远目光的国家都汇聚在此。

  读书周刊:为什么太空有这样的魅力,总是吸引着人类禁不住要去探索它?

  茵玛·马丁内斯:人类之所以能创造和发展出文明,就是因为我们敢于探索周围的环境。我们大胆地探索地理环境,征服了海洋、山脉和荒漠。我们编纂了世界地图,对生物、岩石和化石进行编目分类。同时,我们开始以科学的方式探索环境,试图知道万物的起源、组成、分子结构和演变过程。我们研究哲学,思考宇宙和万物的存在。

  科学的起源在于探索。我们的祖先在地面上观察宇宙和夜空,梦想着有一天能够飞向星空,探索宇宙。科技进步之后,我们得以观察星体和星系,发射探测卫星和轨道飞行器。我们开始像古代的水手和探险家一样,进入太空,开始旅行。

  我们只是在重复祖先的历史:为了维持生活、找到新的家园而开始探索。地球的资源有限,我们必须冒险进入太空,以确保后代能在其他星球上继续人类的发展。

  我们是一个探索的文明,探索刻在我们的DNA中。

  新的冒险

  多亏了太空工业,我们意识到了地球家园的脆弱性

  读书周刊:我们探索太空的意义是什么?

  茵玛·马丁内斯:早年太空探索的目的是了解银河系以及银河系的行星。随后,我们希望知道人类在宇宙中是不是孤独的。于是我们启动了航天计划,深入其他星系去寻找生命的迹象。

  在探索太阳系时,我们意识到银河系中最大的恒星——太阳,是一个重大的威胁:是太阳辐射将火星地表变成了荒漠焦土,太阳耀斑可能到达地球并引起大火。此外,我们必须关注银河系中流星和小行星的轨迹,因为一些小行星和体积过大的流星可能与地球发生碰撞,我们必须想方设法让它们的轨道偏移开。这些不是危言耸听:这就是我们太阳系的现实状况,宇宙中充满了运动。

  有了地球观测卫星后,我们开始以一种科学的方法了解我们的星球。我们借此研究气候变化、动物迁徙、森林砍伐、海平面变化和水资源情况。在21世纪,对地观测还可以帮助我们监测农作物、监管疾病的传播,甚至进行城市规划。多亏了太空工业,我们意识到了地球家园的脆弱性,也因此才能更好地规划发展,以确保生态系统继续繁荣。

  有很多人质疑人类是否有必要前往火星建立定居点。这是一项长远的任务,但它也是希望所在:火星在元素构成和起源上都与地球十分相近。那里曾经有河流和植被,还有一个有氧大气层。不幸的是,它没有地球一样的磁屏蔽层,因此被太阳辐射变成了一个红色荒漠。但是,凭借着未来的适应性技术,人类可以在上面建立定居点,种植能适应火星大气成分的植物,甚至开创人类的未来。这种可能性与日俱增,因为人类的增长将数十亿计,远超地球资源所能维系的人口数。我们不得不考虑去其他遥远、偏僻、未知、危险的地方开启新的生活,就像我们的祖先冒险前往美洲、北极、西部草原和遥远的海洋。

  改变地球

  将太空纳入我们的思维,就是扩大我们的想象力,拓展能创造价值的领域

  读书周刊:为什么说太空探索不仅是科学,更是一次工业革命?太空技术的革新,是如何引发产业变革的?

  茵玛·马丁内斯:几乎所有为航天而设计的创新都被应用到了商业领域。电子通信、数据传输、航天技术、精密摄影,这些都与航天相关。最近的许多医学和化学的创新也都是在太空中产生的。现在可见的许多商品,在设计之初都是为了在太空中使用的,例如防紫外线眼镜和偏光眼镜、镀银或特氟龙(聚四氟乙烯)材料的保温毯等。

  早期航天计划基本都是科学任务,但计划的参与者大多是与航天机构签署了协议的私营企业。这些企业将技术创新应用到市场中去,由此产生专利的使用费;同时也为航天工业的创新赋予了社会价值。

  我们逐渐开创了一种从太空探索衍生出来的工业经济。在欧洲,电信和航空航天企业都成为各自行业里的佼佼者,因为他们有一个苛刻的甲方:欧洲航空局。在太空领域里,技术与服务的供应商必须最大限度地实现零误差、高性能和严品控,因为在太空里的失误是“生命不能承受”的。

  21世纪,太空领域的商业活动正在呈指数级增长。目前太空工业所产生的市场价值约为3500亿美元,预计到2040年左右,这个收入将高达1万亿美元(根据摩根士丹利银行的预测。见“Investing in the Final Frontier”,July 24,2020)。例如,发射纳米卫星来为偏远地区提供互联网服务已经成为一项商业业务,可以为尚未安装光纤的农村地区或人迹罕至的高山地区提供互联网连接。正在进行这类发射的公司(其中有一家公司的大股东是英国政府)将彻底改变电信行业——我们将逐渐使用太空基础设施来提供数字经济时代必要的数据传输和网络连接服务。又例如,如果农业和畜牧业要实现人工智能自动化,那么就需要有基础设施为农田和云端的数据传输提供连接。微型火箭发射正在逐渐商业化,并为那些有商业目的的企业服务,如将纳米立方星送入太空、在微重力下进行实验等。

  这些都完全超出了政府太空计划的范围,成为一个展现出无限可能的垂直领域。

  读书周刊:这些变革会如何改变我们的生活?

  茵玛·马丁内斯:观测卫星等天基资产正在逐渐被用于商业活动。如欧洲航空局的“哨兵1号”和“哨兵2号”最初的任务是观测气候变化,现在则被用于保护格陵兰岛渔船的安全。因为那里的海面可能会在几分钟内结冰,导致船队搁浅,无法返回港口。尼日利亚利用卫星数据来管理人口流动,并以此规划城市中心的发展。欧洲航空局的数据是免费提供的,但“新太空工业”(如地月经济)有一些创业公司,其业务就是提供数据的量化、处理、分析解读服务和其他大数据业务。还有一个新兴领域:“太空制造”(Made in Space),即在微重力或零重力条件下开发产品和材料,尤其是用于4D打印的添加剂。微重力条件为生物材料提供了新的可能性,为地球重力环境下无法产生的聚合物及其衍生产品的生产打开了大门。随着零重力实验室的建立,化学、美妆和制药公司都开始了新化合物的实验。所有这些,都在不断地改变我们的生活。

  读书周刊:探索的是太空,改变的是地球。

  茵玛·马丁内斯:所有科学、技术和航天工程的突破都有对地球的意义。太空是一个试验场,让我们能进行新的发现和创造。比如,现在的工程师在研究电信时就不再局限于地球表面的通信;当一个生物学家研究植物的遗传时,就可以考虑创造一种抗辐射的DNA链条,不仅应对我们在地球上受到的辐射,还能应对太空辐射。

  将太空纳入我们的思维,就是扩大我们的想象力,拓展能创造价值的领域。这是为了冲破将我们束缚在地球和地球引力上的精神局限性,自由地以太阳系和更远的地方作为我们的生活环境和文明的未来。这些创新让我们能为全人类谋福祉,为社会、国家和人类的进步贡献价值。太空就是这样:我们为了继续前进,必须探索这个新的环境。

  必须合作

  未来10年我们会逐渐确定在这一领域的合作方式,而不是任由其他人用20世纪的斗争心态来搞破坏

  读书周刊:您在书中提出:探索太空,人类绝无可能孤军奋战,而需要各国展开合作。

  茵玛·马丁内斯:太空工业的目标是力求完美,甚至要实现不可能之事。在这里,经验比学历更重要。太空行业的从业者每天都要应对各种挑战,这塑造了他们独特的性格:有进取心,有勇气,有创造力。而更重要的是,他们意识到合作的力量。合作能降低失误率,并且带来更大的成就。

  欧洲航空局一直支持和配合着中国在太空领域的科学探索。第一个正式合作的项目是2000年的“双星计划”,但我们合作早在那20年前就开始了。今天,我们的宇航员在一起训练。例如航天员叶光富最早就在意大利参与欧洲航空局的项目。欧洲航空局渴望继续与中国展开航天合作,并将欧洲宇航员送往中国空间站。

  读书周刊:我们该如何避免太空探索演变成太空殖民?避免各国政治权力在太空中的延伸?

  茵玛·马丁内斯:太空探索是人类的未来。有领导力和长远目光的国家只有通过合作,才能为人类创造太空文明的未来。最近,一些航天机构为了证明自己的实力,向他们退役的卫星“开火”。但炸毁太空中的装置会危及其他卫星,甚至危及在地球轨道上工作的航天员的生命。这种行为幼稚且愚蠢。我相信,未来10年我们会逐渐确定在这一领域的合作方式,而不是任由其他人用20世纪的斗争心态来搞破坏。

  读书周刊:还有诸如太空交通、太空垃圾这类问题该如何解决?

  茵玛·马丁内斯:的确,现在有5000个航天器围绕着地球运行。这些都是过去的老卫星和轨道器,已经不再发挥作用了。不幸的是,20世纪的时候我们从未想象过,把物体放在地球轨道上,它们居然有一天会变成“太空垃圾”。现在所有的纳米卫星都是这样设计的:当它们停止工作时,就会坠向地球。因为体积小,它们进入大气层的时候就会燃烧起来,在落地的时候已经变成灰烬了。

  在轨垃圾确实是一个问题。有几种收集策略:一种是“渔网船”模式,将一个空间内的所有漂浮物捕获在一个大网里。但这项操作价格昂贵,而且没有人会想捞起“别人的垃圾”。近地轨道现在已经是个太空垃圾场了。我们目前处理太空交通的方式是为每个飞行器分配不同的轨道高度。例如,国际空间站在海拔401千米的轨道上,一网公司(OneWeb)的纳米卫星在海拔1200千米处,而“星链”(Starlink)在海拔550千米的地方。一个物体绕地球飞行的轨道越高,它要飞行的距离就越小。国际空间站绕地球一周需要90分钟,因为它的轨道很低。每24小时,它会绕地球飞行16圈。这就意味着它撞上太空垃圾的风险比一网的卫星要高,因为后者在更高的轨道上。但因为国际空间站宇航员的任务之一是“修理”卫星,所以必须在靠近卫星的轨道上运行。

  幼态延续

  如果成年之后能够延续这种“幼态”,那么,人们的大脑就能够继续想象许多不可思议的事情

  读书周刊:您在书中反复提及的“幼态延续”是什么意思?人类如何保持这种“幼态”?

  茵玛·马丁内斯:在我研究人工智能时,因为学习人脑及其进化而发现了“幼态延续”这样一个神经科学现象。“幼态延续”是人类创造力的基础,它是一种爆发式的,自由、抽象、无拘无束的好奇心。尽管所有动物都有好奇心,好奇心是让一切存在事物保持活力的重要力量,但“幼态延续”只存在于人的大脑中。人类是唯一要经历“青春期”的哺乳动物。在10岁至15岁之间,人类尚未成年,大脑以一种特殊的方式运行:它对现实和周围一切事物的好奇心都受到青春期荷尔蒙的影响。这催生了一种不受拘束的好奇心,它对任何事物都不感到恐惧,极富想象力、有趣,而且几乎是抽象的。如果成年之后能够延续这种“幼态”,那么,人们的大脑就能够继续想象许多不可思议的事情。正是这种脑力让人类区别于其他物种,推动我们直立行走、使用工具、制造器皿。它是存在于每个人体内的想象力之火。

  “幼态延续”是企业家、科学家和艺术家的命脉,他们满怀激情地工作,用创造力应对日常的挑战。我们需要在教育中去培养“幼态延续”,而不是摧毁它。一个鼓励技术创新的教育系统将培养出未来的领导者。

  企业家精神

  不仅要考虑科技的发展,还要以推动经济和社会进步为目标

  读书周刊:说到企业家,您如何看待企业在太空探索中所起的作用?

  茵玛·马丁内斯:在欧洲航空局,我们为欧盟所做的最大贡献就是培养了一批航空航天工业的服务供应商——包括电信、运输、机器人和其他与航天任务一起诞生的领域。当欧洲航空局选择非航天领域公司的产品和服务时,对质量的要求要比在地球时高出许多。因为在航天工业里,每次任务的开销都高达数百万欧元,不允许出错。空客(Airbus)、贝宜系统(BAE Systems)、泰雷兹集团(Thales)、萨博集团(Saab)和列奥那多(Leonardo)等都是与欧洲航空局合作的公司,我们推动着他们提高产品和服务的质量。在电信领域,除了中国和美国之外,世界上制造卫星最多的地方就是苏格兰的格拉斯哥。这座城市决心成为卫星创新的中心,并将未来GDP发展的赌注压在航天工业上。

  那些决定进入太空行业的企业都具有创业精神、非常勇敢且极有远见。他们知道这是一项长期的事业,而比赛才刚刚开始。他们需要巨大的创新能力,才能成为未来的领导者。要在这个领域工作,你必须有足够的决心、才能和激情。这是一个要求很高的行业,它正在为21世纪和以后的人类文明立下路标,只有最优秀的人才能在这个行业里创造价值,把握商机。这是一种荣誉,是对我前面提到的许多品质的认可。社会必须培养卓越的人才、创造力、团队精神、合作心态和对日常工作的热情。共同为人类的进步和发展而努力——这刻在所有航天工业从业者的DNA里。

  读书周刊:您曾为多个国家的政府和商业巨头提供咨询,这些经历给作为科学家的您带来哪些影响?

  茵玛·马丁内斯:2000年,我和我的团队创建了第一个移动互联网服务的个性化系统。我因此被邀请进行了许多场讲座,参加者多是企业的CEO、CIO,以及欧洲政府创新部门或贸易和工业部门的成员。在我供职于投资银行和电信行业时,我学会了以经济学和社会学的观点来看待商业战略与创新。作为这方面的学者,我也收到了来自私营企业和政府的邀请,为大家阐述数字化和颠覆性转型对产业与社会的影响。随后,我成了顾问小组的成员,为欧盟的数字战略、七国组织(G7)及经合组织的人工智能政策建言献策。这不仅要考虑科技的发展,还要以推动经济和社会进步为目标。

  20多年来,我一直以一种“应用科学”的心态从事科学创新的工作,希望让培养企业家精神成为科学的价值导向——我就是科技界最早的技术企业家之一,是移动互联网领域的先锋。为了推动经济和社会进步,我希望为大型企业和中小企业都点燃创新和转型的火苗。这同样也是政府的希望,是为了国计民生的考量。作为政府的顾问,我学会了如何看待科技创新的经济与社会价值。在开拓与创新中,我学会了接受所有迎面而来的挑战,对开发新的产品与服务充满热情、满怀勇气、思考种种“假如”。

  此外,最重要的是,用创造力、想象力,以及和其他学科学者的合作来解决问题。这一切都是我为政府提供咨询时学会的:我是企业家,行业的先锋,但首先是一个能长远考虑、勤恳工作的人。我相信发展,也相信人类——我们充满能量与创造力。

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