引 言

科学和技术的历史虽然不长，但它对社会和经济的发展以及对人类生活水平的提高起着不可估量的作用。然而，尽管我们一直在享受它带来的种种进步，可它也给我们的地球带来了沉重负担，尤其表现在对环境的破坏和对能源的消耗方面。

20年前，曾有人提出，为了避免21世纪中期人类出现危机，防止因工业活动对地球环境造成的持续破坏，应该实行总体无增长的政策。虽然它在对地球的某些预测上不无道理，可人类向往更加幸福的生活，国家企盼现代化，因而，这种经济无增长政策是不合适的。

今天，世界人口已达到55亿，根据联合国的白皮书，到2050年，人口将超过100亿，且将继续增加。

人类活动如果继续扩大，伴之以人口增加和经济增长，势必破坏地球上的保障体系，比如食品、资源供应和自然修复等，因此，重要的是控制人口增长，减少浪费和回收资源。

地球是有限的。我们需要把眼光越过地球盯向无限的太空，开拓新的疆界，利用各种有效手段开发空间，克服各种障碍和困难，保证人类得到持续发展。

现阶段空间开发的主要挑战是“行星地球之引”。它也是1992年国际空间年的主要课题，笔者认为到21世纪人'类将进入“来自行星地球之使命”的时代。随着我们即将开始的向地球以外拓展生存空间，寻求新的发现，太空自然而然成了我们的舞台。

自Spntnik发射升空以来，世界上的空间开发工作取得了很大的成就 :各类卫星已经用于通信、广播和地球观测方面；人类登月；行星探索；载人空间活动。伴随着这些重大进展，人类的梦想接二连三地得到实现。有鉴于我们在空间方面的成就，把人类的疆界扩展到太空的设想绝不会是“空中楼阁”。

为达此目的，全球合作尤为必要。需要在21世纪建立一个全新的综合机构，实现人类的共同目标。也有必要建立一个更加和谐的法规和法律体系。尤其重要的是需要得到民众的理解，增强国人的信心，达成国际共识。可以说，关键在于人类是否愿意尽心尽力。

下面，笔者将讨论为扩大人类活动的新领域，尚存在哪些技术挑战。21世纪的空间活动，其内容和实质随时间的不同而不同。笔者把时间定在2030年，因为目前的空间探索活动到那时已经基本告一段落了。

“近太空”上的人类

21世纪中期人类活动的范围将限制在太阳系内。而且，水星和金星因其温度超过400�荒艹晌�1世纪人类活动的空间。也不可能把木星及其以远的行星包括在内，因为从地球到它们那里需要1000天，而火星的环境和地球相似：引力0.38 G，表面温度-140℃～20℃，覆盖着一层很薄的大气层，从地球出发只需240天即可到达，因此，火星被视为21世纪人类活动的新场所。

可以设想一下，到21世纪中期，地球附近的人造天体——太空站、太空港——月球和火星将成为新的疆界，人类可以在这些地方从事自己的活动。我们将其称作：“近太空”。

技术挑战和影响

人类进入“近太空”需要什么样的技术挑战呢？需要作出什么样的反应来克服这些技术挑战呢？

1、空间生存环境

在“近太空”，其重力、辐射和热环境和地球上的空气不一样。既然人类已经在太空站上生活了一年，而且我们也知道了人类在太空上生活几天后，完全能够适应上面的日常生活，但是，这些经验并不能使我们全面了解在太空中长期生活会对我们的身体带来什么样的影响。有鉴于此，我们必须证实人类究竟能在太空中呆多久，评估人体对低或弱重力的长期物理反应，建立在太空上保持健康的方法。这种方法可能包括人造重力、身体训练和返回地球后的恢复工作。如果这些技术挑战可以通过在太空站上的各种实验来解决，人类就可以在人造天体的微重力下生活大约1年，在月球（0.17 G）和火星（0.38 G）上的低重力下生活若干年。

从理论上讲，通过旋转人造天体产生1 G重力是有可能的，但因人造天体的结构和重量太大，这样做从经济上讲不划算。

至于辐射，人类可以利用由水、金属或其他材料制成的巨型隔离层来保护自己。因此，挑战将是以最少的开支开发阻挡辐射的方法。

人造天体上的热环境用现有技术就能得到控制，这种技术已经用在了大部分的人造卫星上。目前也具备了把居民区建造在月球和火星地下的技术。

2、氧、水和食品

氧、水和食品对人类的生存必不可少。在“近太空”，提供这些物质有两种办法：从地面输送或者在太空上制造。采取从地球上输送的办法是容易的，然运输费太高，不能长期供应生活在空间的人。迫切需要在“近太空”尽可能多地就地获取这些材料，并加以回收利用。

氧可以从排放的二氧化碳（CO₂）中再生。在人造天体上，氧可以通过两个步骤制取：将CO₂还原成H₂O，然后电解H₂O，此技术已经在地球上实现了。未来的挑战将是通过改进催化剂、缩小尺寸和研制易于维修的系统来提高效率。

另外，氧还可以从氧化金属中产生，这种金属含有月球表面上42%的土壤。也可以从构成火星大气层95%的二氧化碳中产生。用地球上相同的化合物制取氧的研展工作已经开始了。这些技术将在21世纪进入实用。

水可以通过回收利用废卫生水和尿来实现。用薄膜过滤和蒸馏循环水的技术已经开发出来了。到21世纪中期，一种先进的水回收系统将面世。水还能从月球土壤和火星的大气层或永冻土中制取，这项技术到21世纪中期完全可以用来供水。

食品基本上是由一种综合有机循环系统来提供，该系统能产生和分解有机物。这种循环系统的一部分（仅限于植物）已经在地球上得到了证实。挑战将是改进这种系统，用于太空。但这种先进的综合有机循环系统无法用来制造动物食品，因此，宇航员们将享用不到牛肉，但能在“近太空”上吃到蔬菜和人造肉。

3、运输

关于向月球或火星的运输问题，有可能采用-种“二步骤”方法，而不是像阿波罗计划那样采用直接运输的方法。在这种“二步骤”方法中，将开发和采用两种不同的太空船：一种是从地面发射到低地球轨道的空间站上，另一种将从空间站发射到月球或火星上。

这种方法的好处在于各种太空运输系统可以在空间站上灵活安装。因此，不需开发巨型太空运输系统，并将它从地球发射到低地球轨道上。

目前最大的运载工具已经把载重100吨的货物送入了低地球轨道。开发第一阶段用的更大规模的运载工具（有效载重200~300吨）将被认为是经济划算的，因为能够减少发射次数。至于从地球轨道至月球、火星的第二阶段的运输问题，将在空间站上完成。

如果采用目前的化学推进剂，特别是氧，将占据大部分的质量。运输的净质量只能达到月球整个质量的1/6，火星的1/10。因此，有必要从月球和火星资源中制造推进剂。也有必要找寻更高性能的系统，如核能。

未来运输系统的技术挑战概述如下：

——开发一种经济实用的大型火箭，能把200—300吨的货物送至低地球轨道；

——建立在地球轨道上组装大型结构的技术；——在月球和火星上制造推进剂；

——处于安全方面的考虑，追踪核推进系统。

21世纪中期，大部分工作肯定能完成。

4、机器人技术

人类进入“近太空”后，机器人将扮演重要角色。因机器人不需要人类必须仰仗的安全和生命保障系统，且经济实用，所以应尽可能多地使用它。可以这么说，人类活动的范围将依赖机器人发展和用于人类活动的程度。

到21世纪，机器人将有可能得到长足的发展。机器人将能够接收我们日常生活中的语言指令。接到指令后，机器人能够思考程度，选择工具和完成任务，到那时，地球上的人可以随时向火星上的机器人发出各项指令。

机器人的技术挑战将是开发先进的部件和零件：电子学、精密机械、信息处理、控制系统和通信系统。自然语言领会、图像识别、对周围环境的理解、选择解决办法和规划程度，也将是机器人技术的挑战。机器人技术的发展势头迅猛，有可能在21世纪取得突破。

认识到以上的技术挑战后，到21世纪，人类将能够在“近太空”上停留有限的一段时间。

如果想在“近太空”上永久地住下去，还需要进一步研究重力和辐射对人体的长期影响。因此，我们认为在“近太空”上永久居住下去的问题，仍将是21世纪中期的最大挑战。

结 论

21世纪空间活动的主要目标可能是“来自行星地球之使命”。这个设想不仅是笔者对未来的展望，而且也反映了笔者的美好愿望。

如上所述，21世纪的空间发展将是一项大规模的计划，远远超过了当今空间活动的规模，它不能由一个国家来完成，而是需要许多国家的共同努力。21世纪的空间发展不是一个国家的利益问题，它关系到全人类的利益。

［日本工业与技术评论，1994年3月号］