民用航天技術

民用航天技術太空採礦是美國總統奧巴馬簽署了《美國商業太空發射競爭法案》（The U.S. Commercial Space Launch Competitiveness Act），允許私人進行太空採礦。

該法案涉及到美國太空探索的各個方面，包括美國對未來10年內對國際空間站的承諾、取消對航天私人企業的各種限制並賦予私人太空採礦權。

根據該法案，美國任何公民都有權將其發現的太空資源帶回地球。雖然其他小行星不可能歸屬於哪個國家或哪個企業，但如果哪家企業在上面開採出有價值的礦物質，則這些財產就歸屬於該企業。

該法案稱：“美國任何參與小行星或太空資源商業復甦計劃的公民都有權獲得小行星或太空上的任何資源，包括根據適用法律獲得擁有、運輸、使用或銷售小行星或太空上任何資源的權利。”

還沒有人在其他星體上開採出有價值的礦物資源。月球被認為藴藏着極為豐富的礦產資源，尤其是擁有大量的地球上稀有的氦3，可以為地球上的核電站提供上萬年的核電。此外，月球還藴藏有豐富的鉻、鎳、鈉、鎂、硅、銅等金屬礦產資源。

然而技術是阻礙人類從太空採礦的最大障礙。隨着人類航天技術的發展，相信未來，人類也可以像電影《阿凡達》一樣，在宇宙中的某個星球上開採礦產資源。 ^[2] 

在美國學者與政治戰略家看來，航天技術是帶動其它高技術發展的“火車頭”。美國航空航天局前局長弗萊徹曾説:“美國不打算在航天事業方面名列第一是不可想象的。我們不必在每一個枝節上都名列第一，但是如果不打算成為總的第一，那就是承認失敗。”他又説:“航天是一個國家在其它領域進展如何的標誌，因此，在航天事業方面屈居第二或第三，將表明我們在經濟、軍事、社會計劃和其它領域也居於第二或第三。”美國航天委員會在“開拓天疆”的研究報告中稱:“領導考察和開發天疆事業，是21世紀美國的開拓使命。為此，在今後50年內，美國在奠定航天技術基礎的同時，應逐步開闢通天路，架設星際橋，進而在天疆創辦太空企業，直到在那裏定居，利用那裏富饒的新資源，為地球上的人類造福。”由此可見，美國決心不僅僅在軍事上，而且亦在科技或其它領域在太空獨佔鰲頭。綜觀冷戰後美國的太空活動，它一直在朝着這一目標努力。 ^[3] 

歐洲新一代的企業家們正在推動各種私人太空開發計劃，吸引私人資本進入發射商業衞星、商業火箭、太空站、載人航天等航天領域。為了像大航海時代拓荒西部一樣拓荒天疆，美國總統與國會明確提出允許私人企業參與宇宙飛船的設計和製造，賦予商業太空探索更多活力，為宇宙開拓者打下了堅實的基礎。過去幾年俄羅斯出現了一些私人航天公司，如從事小型航天器的設計、組裝及發射的Dauria Aerospace公司和Sputnix公司。業餘愛好者也渴望夠到星星，並通過眾籌平台為自己的太空項目籌款。2016年初，一批網絡博主在Boomstarter上籌到了約2.9萬美元，用於向月球發射一枚航天器，其目的是拍攝美國阿波羅號飛船、蘇聯“月球”號和“月球車”號自動探測器的着陸地點。俄羅斯機械製造大學的科學家們計劃今年發射的微型衞星“燈塔”也是利用網絡籌款建造的。該項目的目的是“證明太空既近又易到達”，並測試一些太空垃圾的解決技術。 俄羅斯私人公司“宇宙航向”公司3月中旬獲得航天局批准，研製運送太空遊客的可重複利用系統。“對遊客的要求將不會太嚴格，”宇宙航向公司總經理帕維爾·普希金説，“要通過體檢和離心測試，包括有無重大疾病。之後我們就可以簽訂合同了”。該公司計劃2020年就將首批遊客送上太空，每位遊客將為此支付20-25萬美元。而印度空軍參謀長也呼籲政府向私人企業開放航天工業。 ^[4] 

全俄社會輿論研究中心進行的一項調查顯示，約四分之三的俄羅斯人反對削減太空計劃預算，即使是在經濟危機時期。調查結果顯示，約73%的俄羅斯公民反對削減太空計劃預算，即便是在經濟危機的環境下，且17%的受訪者同一年前一樣，甚至建議增加經費。

俄羅斯總統普京表示，俄羅斯太空發射數量居世界第一位，牢固保持着航天大國的地位。4月12日是俄羅斯宇航員日。普京當天晚上在出席宇航員日晚會時説，俄羅斯在火箭發動機制造領域擁有優勢，太空發射數量居世界第一位，而且俄還積極研發先進的運載火箭技術和航天器以及軌道衞星羣等高科技太空產品。

普京還提出俄羅斯成立航天部，批准了建立聯合火箭航天公司的想法。他説：“我們在一系列領域落後於國際水平，比如地球遙感手段、衞星通信系統等。未來應增加軌道航天器、落實載人飛船和生產飛船發動機領域的項目。”普京表示，“專家們估計，目前航天市場的規模為3000億—4000億美元，2030年前將達1.5萬億美元。我們應當充分利用這一機會窗口。”波波夫金表示，俄正在打造可進行星際飛行的新型宇宙飛船。技術設計已完成，2018年將進行新型飛船的首次無人駕駛飛行。俄羅斯還創建航天前沿技術青年實驗室，更眾籌“燈塔衞星”等航天項目。據悉，“燈塔計劃”旨在提升俄羅斯全民太空研究能力，讓俄羅斯年輕人羣更多地應用科學和工程技術。

根據美國國防與航空航天諮詢公司蒂爾集團的最新調查預測，2010-2029年的20年間，擬發射到地球或月球軌道或深空飛行路線上的航天器有2229個。其中，民用航天器和商業航天器基本上平分了77%，軍事和大學航天器分別佔19%和4%。民用航天器大致有1/4是執行國際空間站任務的載人和貨運飛船。

太空探索眼前的現實意義在哪？美國《巴爾的摩太陽報》1日刊登美國航空航天協會執行理事查爾斯·胡特納的文章説，航天技術的創新觸及社會生活的方方面面，從數字電腦到CT掃描等。而且它更樹立了一種遠大目標，遠大的目標才能產生重大成就，激發年輕人的熱情，促進就業長期增長，這是美國未來成功所在。 ^[5] 

國防大學張召忠教授説，航天技術的成效可以直接或間接反饋到民生，像美國的醫學、材料、軍工控制、通信科技之所以世界領先，與其太空技術的發達有很大關係。而且航天的戰略意義更是無可代替。使中國成為真正的航天大國，是製造1萬輛坦克都無法獲得的國際地位。太空技術的成果可以轉移到包括軍事在內的很多領域，民用航天市場的經濟價值也越來越大，這都是中國國家戰略的組成部分。 ^[5] 

在酒泉衞星發射中心，一位不便透露姓名的專家對《環球時報》記者説，如果中國不奮起直追，就會和美俄等太空技術先進國家產生“時代性差距”。 ^[5] 

中國的航天事業起始於1956年。中國發展航天事業的宗旨是：探索外太空，擴展對地球和宇宙的認識；和平利用外太空，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，提高全民科學素質，維護國家權益，增強綜合國力。中國發展航天事業貫徹國家科技事業發展的指導方針，即自主創新、重點跨越、支撐發展、引領未來。

中國非常重視民用航天技術的發展，在衞星遙感、衞星通信、衞星導航定位等方面取得了長足發展。中國研製和發射的衞星中，遙感衞星和通信衞星約佔71%，這些衞星已廣泛應用於經濟、科技、文化等各個領域，取得了顯著的社會效益和經濟效益。經過長足發展和不斷創新，中國的載人航天技術已經處於世界領先水平。

航天教育：一個跨世紀的戰略任務。航天教育必須從兒童抓起，美國宇航界人士十分清楚，空間技術的競爭歸根結蒂乃是空間技術人才的競爭。因此他們提出“要培養從事航天活動的經理、科學家、工程師、社會學者、醫生和技術人員，必須在他還讀小學和高中的時候．就把他的興趣吸引到航天領域中來。”這個見解實在高明，也確是經驗之談。

空間科學技術是當代科學技術最先進的領域．是頂尖的科學技術。空間科學技術融科學百科為一體，集尖端科學於一身，不通過循序漸進地積累不能把握，更不能發展。因此，空間技術人才的培養必須從兒童抓起，從小學抓起。美國在確定了這一方針之後，其航天教育形成了自己的特點 ^[6-7]  。

美國航天教育的一個顯著特點是特別重視實際訓練。在他們看來，航天教育的最佳形式莫過於參與航天，莫過於讓兒童儘早介入航天。吸收四年級的小朋友參加，每輪訓一次為期5天。訓練學科有：學習火箭推動器的飛行、製作原理；動手做模型火箭並自行試射；指導老師介紹太空科學知識；提供太空人訓練的真實設備“太空人模擬訓練機”．讓小朋友們實習。最後的結業課程是1小時的“模擬太空飛行任務”．包括地面指揮控制中心指揮官與太空船裏的小駕駛員密切合作．執行一次完整無缺的太空任務。最傑出的“小太空人”被指定為“船長”。這激發了孩子們爭強好勝之心，學習時更打Ⅱ賣勁。

航天科學和技術對人類的貢獻越來越獲得人們的認同，但是世界各國航天事業的發展卻面臨人才斷層的情況。現在的客觀環境與五六十年代航天創業時有很大差別，較多優秀學生流向法律、經濟、信息技術和信息產業等熱門專業，航天隊伍巳很難吸引最優秀的學生。隨着第代創業者的陸續退休，接班人的問題越來越突出。因此，加強航天教育，吸引更多的人加入航天隊伍已成為21世紀航天事業能否進行和持續發展的一個重要關鍵問題。為了激發青少年對航天科學技術的興趣，為航天事業培養接班人，許多國家已對航天教育採取了一些措施，尤其是美國航宇局、歐空局和中國的航天部門更關注自己的接班人問題，它們挑起了本國航天教育的大梁。其中，美國航宇局（NASA）表現得更出色，它對自己使命的定義是：“理解並保護我們賴以生存的行星；探索宇宙，找到地球外的生命；啓示我們的下一代去探索宇宙”。由此可見，進行航天教育是該局的三大使命之一，其目的是引起學生們和老師們的對太空探索的興趣，激發他們在科學、技術、工程和數學領域方面研究的興趣和靈感，吸引更多的學生今後加入到這些領域和航天事業的隊伍中來。

早在1998年美國航宇局的戰略計劃中，就規定了“教育優先”的原則，要求在航宇局的各項任務中部加入航天教育的內容，並每年投入1億～1.5億美元經費用於航天教育。在美國，各州政府負責中小學航天教育，航宇局把航天教育的責任下放到它分佈在美國的10個研究中心，他們分別負責與全國50個州及特區聯繫，組織各種與航天有關的課外活動，進行有關航天知識教育、鼓勵和幫助大、中、小學生參加太空實驗。本文主要介紹NASA是如何開展航天教育的。

NASA的教育網站

要進行航天教育，首先要進行航天教育的宣傳。在網絡技術迅猛發展的今天，利用網絡傳媒的新優勢，進行宣傳教育是最快捷、最方便的方法，NASA當然會利用這個有力的工具來進行航天教育了。對公眾進行航天教育一直是NASA工作的重要組成部分，NASA設立了專門部門負責航天教育，並建立了自己的宣傳網站。在NASA的官方宣傳網中，佔最顯著地位的是“NASA教育”網頁。網頁中的主版塊稱之為“NASA，教育”（NASA，education），此外還有許多其他的輔助版塊。

在NASA教育網頁的主版塊下，設立了四個主欄目：“關於NASA教育”，“適合於教師”。“適合於學生”和“兒童俱樂部”。在“關於NASA教育”的主欄目下，有7個子欄目：“關於NASA教育計劃”、“教育領導層”、“NASA中心和設備”、“NASA任務主管”、“績效考核”、“教育計劃”和“聯繫方式”。我們來看看NASA是如何介紹它的教育計劃的：“NASA航空和航天發展的歷程，加深了人類對宇宙的瞭解，實現了先進技術的突破，增強了航空旅行的安全和擴展了前沿科學的研究。這些成就都是來自於一個共同的起源：教育。現在，美國進入了第二個世紀的飛行，必須恪守自己的諾言，進行卓越的科學、技術、工程和數學方面教育，確保下一代美國人能完全承擔起建設美好未來的重任。NASA將繼續繼承以往的傳統，投資美國教育計劃，支持美國的教育者們，這些教育者在準備、激發、鼓勵、培育今天幼小的心靈成為明天的勞動力中起着關鍵作用。”其中，規定了今後NASA將繼續奉行三個主要的教育目標：（1）加強NASA和學生們的聯繫；（2）激發學生們對科學、技術、工程和數學的興趣，為這些領域的研究培養接班人；（3）為NASA培養接班人。在“教育計劃”子欄目下，按照字母的順序，列出了NASA的教育計劃項目，多達80項，可見NASA對學生教育是多麼重視。

此網頁的特點是分別針對學齡前兒童和小學低年級（Grades K-4）、小學高年級和初中（Grades 5-8）、高中（Grades 9-12）、大學生和研究生（Higher Education）知識水平的不同，提供適合他們的閲讀材料或者教材，使老師和學生可獲取精確到年級的科普資料。在“適合於教師”主欄目下除設立了上述4個子欄目外，還設立了“非正規教育”、“教學材料”、“教育TV時間表”、“最近的機會”。對航天教育感興趣的教師們點擊這些欄目，不僅可以獲得適合自己教學所需要的教材和教學用具，而且可以瞭解最近NASA為學生們提供參加航天活動的計劃，有心的教師有可能通過它為自己的學生爭取到參加太空實驗的機會。例如，老師點擊“Grades 5-8”一欄的“教學材料”，就可以找到很多教學材料，例如，銀河系中的運動物體、天空中的星星的發現、空間站介紹、太空植物的生長、空間站進行的實驗等。

在“適合於學生”主欄目下，也設立了上述4個子欄目和“最近的機會”欄目。學生們可以根據自己學識，從不同欄目中學習感興趣的航天知識和參加NASA有關的活動。例如，“Grades K-4”適合學齡前兒童和小學低年級學生的欄目，這個年齡段的孩子主要是以“玩”為主，或剛剛轉入正規的學習，他們好奇多問、活潑好動、行為和學習缺乏目的性，要讓他們掌握深奧的航天知識很困難。因此，NASA根據他們年齡的特點，在這個欄目中，採用講故事、看圖片、放視頻、在玩中學、形象化的教學等方式，向孩子們灌輸航天知識，激發他們對航天的興趣，例如，有一個遊戲是“幫助我穿上航天服”。但是，Grades 9-12的高中學生，學習的課程多，所學的各門學科基本上反映着自然、社會和精神現象的客觀規律，邏輯性、系統性很嚴密。在學習中要求他們不僅要發揮更大的獨立性和自覺性，而且還要具有獨立分析問題和解決問題的能力。同時，這是一個人獨立走向社會生活的準備時期，也是一個人開始嚴肅考慮自己未來生活道路的時期。對這個年齡段的學生，NASA採用介紹比較專業性的航天科普知識、為他們提供參加航天實驗機會、鼓勵他們參加NASA的航天任務和參加航天知識大賽等方式進行航天知識教育，這些教育可發展他們的智力和能力，促使他們良好個性品質的形成，把他們培養成今後自然科學研究和航天事業的建設者和接班人。　NASA還根據孩子們的特點，設立了“兒童俱樂部”欄目。這個欄目讓孩子們充分體驗到學習航天知識的樂趣，孩子們可以通過遊戲，過一把當“火星航天員”的癮，也可以隨着卡通小動物“雷蒙”參觀美國肯尼迪航天中心和航天飛機，“雷蒙”與真正航天員的訪談節目還可以使孩子們瞭解航天員的太空生活，在不知不覺中接受了很多航天知識。

NASA的另一項傳統是希望可以培養高質量的科學、工程學和數學學科上的本科生和研究生，而這種培養往往是通過科學競賽或者提供實習機會的方式來實現的。2010年3月，NASA開始為公眾中的申請者提供到NASA實習或者參加科研工作的機會，藉此鼓勵學生積極參與到科學技術、工程學和數學的研究和空間探索研究任務。其中，表現優秀申請者還可以獲得由NASA提供的總額高達970萬美元的獎學金。更可貴的是，公眾參與過程十分簡單和公開透明，所有申請者都可以在NASA的網站上找到並且申請所有的職位和參加NASA的工作。這些內容在NASA教育網站中也充分地體現出來。

形形色色的航天教育計劃

NASA充分認識航天飛機和國際空間站是一個很好的航天教育平台，它利用這個平台開展了一場聲勢浩大的學生實驗和教育活動。概括起來，包含了以下五方面內容：

為學生設立、由學生獨立完成的實驗。這些實驗是學生在教師或者科技導師的指導下進行的，是專門為學生設立的，由學生自己來完成。例如，“中學生獲得地球知識觀測”是一項對學生進行地理知識教育設立的項目。為了進行此計劃，美國航宇局特意在國際空間站上安裝了專用9罩相機，學生通過遙控拍攝了他們需要的地球照片和負責照片的整理工作，國際空間站上的航天員只負責安裝和撤卸照相機及傳輸照片。

在教室中完成的太空實驗。為了讓學生們瞭解太空特殊環境（如，微重力、輻射）的影響，學生們在他們的自己的教室中完成模擬太空相應條件的實驗，或者進行空間站上專業研究人員正在進行的實驗。這些實驗的目的是讓學生們通過對比地面實驗和太空實驗的結果，尋找出它們之間的差異，就可以知道太空的微重力等特殊環境的影響。這種類型實驗的一個典型例子是學生們在地球上的教室內種植種子，與此同時，航天員在國際空間站上種植同樣的種子，對比兩組種子發育過程的不同，就可以瞭解微重力對種子發育的影響。

參加美國航宇局的研究實驗。美國航宇局的很多研究是招募學生們來幫助完成的。其中的一些試驗是專門安排來“激發下一代探索者靈感”的。另一些是學生們作為“配角”，參加到太空實驗中。例如，美國航宇局在國際空間站上進行的一項毛細流動實驗，目的是觀察微重力環境下，複雜幾何形狀容器內的毛細流動和液體流動情況，其結果可應用到未來太空船的低重力流體系統設計的計算機模型中。在此研究中，招募了很多學生：中學生參加了分析和地面實驗，大學生提供實驗支持，研究生和博士生進行建模模型和縮減數據的工作。

參加國際空間站的工程活動。參加者主要是高等學校和大學生，他們參加國際空間站硬件的研發，或在科學支持中心工作，學習如何參與科學操作活動。典型的例子是麻省理工學院的學生們參與了“球面”零重力實驗衞星的研發工作，這顆衞星是放置在國際空間站上用來示範衞星編隊飛行的動態過程。學生們參與了概念論證、實驗設計、裝配、檢測和運行全過程。

教育性示範活動。為了提供航天教育的特殊資源和為了激勵學生們學習航天知識的興趣，美國航宇局將航天飛機和國際空間站作為一個特殊的“教室”，讓航天員在太空進行簡單有趣的太空實驗，並將它拍攝下來，做成視頻教材，提供給學生們，以便進行航天教育。或者，允許各個年齡段的學生向太空飛行的航天員提問題。這些變化多樣的活動，開闊了學生的眼界，擴展了他們的課堂知識。

這些計劃為學生們提供了豐富和擴大想象力的機會，並吸引了具有各種水平的學生（小學生、中學生、本科生、研究生、博士後）參與此活動。甚至是大一的學生也有機會設計自己在空間站上想進行的實驗。很多中學生參加了國際空間站的研究項目，這些項目有助於他們今後選擇數學、自然科學和其它技術領域作為自己終身的職業。很多大學生直接參與國際空間站的研究工作，完成了很多與國際空間站有關的項目。

可能沒有其他的方法可以像這種方法一樣能夠更好地激起下一代科學探索的慾望。這些活動除了使學生們獲益外，對教師也有益。在進行每項實驗前，首先要培訓教師，為教師們召開一些研討會，讓他們首先了解有關的航天知識和如何進行實驗操作，以便能夠指導學生進行實驗，擴大國際空間站的影響。教師是激發探險精神的巨大源泉，教師們將所學到的知識用於他們的教學，能夠吸引更多的學生加入此活動。

創新夏季計劃

近年來，美國中小學生對數學和科學等知識的興趣不斷減弱，學習動力明顯不足，成績顯著下降。例如，在2006年國際學生評估比較項目中，美國學生在30個發達國家中，科學排名第21名，數學排名第25名。長此下去，將對美國保持世界科技領先優勢，維持其科技經濟頭號強國的國家戰略產生巨大威脅。在此背景下，於2009年11月23日，奧巴馬在全美範圍內發起了“創新教育”行動，呼籲聯邦政府和所有企事業、科學界聯手致力於“創新教育”，動員社會各方力量，通過媒體宣傳、電視節目、社區活動、互動遊戲、趣味課程等各種方式，吸引中小學生愛科學、學科學、用科學，增強美國學生在科學、技術、工程和數學等方面的興趣和能力，為大量培養下一代頂尖科學家、工程師、數學家和發明家打下堅實基礎。同時，聯邦政府撥款1000億美元用於教育，還動員各企業、科研單位資助。

奧巴馬的“創新教育”一提出，得到社會各界的積極響應，紛紛採取行動來回應總統的呼籲。在所有的團體中，由於NASA地位特殊，使命崇高，更能吸引數以千計的中小學教師和學生參與，因此倍受關注。NASA以其雄厚科技實力為依託，提出並實施了“創新夏季”計劃。在2010年的整個夏季假期，NASA投入大量的資金和人力資源，並與聯邦、州和當地政府、非營利機構、大學和高校教師開展合作，為參與該計劃的中小學教師和學生制定形式多樣、內容豐富的學習計劃，既有涉及各學術領域的知識講座和課程，也有激發想象力和創造力的設計競賽，更邀請教師和學生直接參與到NASA眾多的任務和項目中，與專家一道開展科研開發和實際操作。同時，該計劃將一直持續下去，在假期結束重返校園後，NASA仍會為那些投身其中的教師和學生繼續提供學習和實踐的機會。NASA相信通過該計劃的實施，將極大地提高教師的素養和能力，進而顯著地提高教學水平，極大地激發學生們對科學技術的興趣，逐步培養他們的科學意識和創新意識。 ^[7]