在刘慈欣的小说《三体》中，三体人居住的半人马座比邻星距离地球4.2光年，三体舰队需要400年才能到达地球。如今，科幻正照进现实，人类的探测器从地球正向着月球、木星、太阳以及太空更深远处进发，探索未知世界。

记者在昨天由国际宇航科学院、中国宇航学会、中国航天科技集团有限公司上海航天技术研究院共同主办的第十届航天技术创新国际会议上获悉，今年，我国宣布启动实施中国载人月球探测工程登月阶段任务，月球的“地下世界”或成为人类月球基地新选择。不仅是“登月”，我国探日也有进展，“十四五”期间，我国将重点推动实施“羲和二号”太阳探测工程。

我国载人月球基地怎么建？如何深入太空？来自英、法、意、韩、新加坡等国家和地区航天领域的专家与我国专家学者展示了一系列航天领域最新研究成果。

进入与探测月球熔洞

可利用月球上的熔岩管道洞穴来建月球科研基地。相比月表，熔洞内部相对恒温，而且天然提供了对辐射、陨石撞击、月尘等的防护

中国载人航天工程神舟飞船副总设计师、月球探测着陆器副总设计师、中国航天科技集团有限公司上海航天技术研究院科技委常委张崇峰带来团队关于月球火山熔岩管道洞穴的研究，并进一步探讨了月球熔岩管道洞穴用于后续建设月球科研站的可行性。

所谓火山熔岩管道洞穴，是在月球早期地质活动活跃的时代，地下熔岩流动冷却后形成的巨大的类似隧道的相对稳定且平整的内部空间。

张崇峰说：“受到长年累月的地质活动、撞击事件以及月震等因素的影响，较为浅层的火山熔岩管道局部在塌陷后形成了可进入的‘天窗’，为我们打开了探索月球地下世界的大门。”

为什么想到利用月球上的熔岩管道洞穴来建月球科研基地？

“与地球相比，月球几乎没有大气层，随之带来巨大的昼夜温差、高强度的宇宙辐射以及微陨石的撞击等，都会给人类在月面建立长期科研基地带来安全隐患。”张崇峰表示，熔洞内部提供了巨大的空间，相比月球表面高低温变化的极端环境，熔洞内部相对恒温；可以说，月球熔洞天然提供了对辐射、陨石撞击、月尘等的防护。

近年来，张崇峰所带领的团队与国内行星地质领域的专家共同实地考察了国内多个熔洞，逐渐建立起对于月球熔洞构造的理解与认识。“月球熔洞与地球熔洞具有一定的相似性，根据熔洞的入口方式不同，可分为垂直熔洞和斜坡熔洞两种类型。”

垂直入口是目前发现的月球熔洞的主要入口形式，它的特点是存在一个塌陷天窗，天窗底部为大量塌陷碎石及土壤堆积，需要通过部署垂直升降设施或采用飞行方式进入；斜坡式入口属于半塌陷式结构，因此存在直接沿塌陷结构进入熔洞内部的可能，是早期可通过月面移动探测器进入的优选目标。

但探索月球熔洞将是人类第一次进入地外天体的地下空间，极端地形的通过与进入、黑暗环境下的导航与探测、熔洞内部的通信与能源支持等，都是必须要面对和突破的多重难题。因此，团队重点筛选了静海、中丰富海这两处月球熔洞作为主要探测目标，开展探测方案的设计。

“针对熔洞进入与探测需求，我们正在开展具有多种探测模式、多样化进入能力的‘主从式’探测器的研制，以及能源、通信等辅助保障设施建设，形成‘1+N+N’的三维复合探测能力。”张崇峰说。

具体而言，主探测器将优先采用足式、轮足式移动系统，在复杂地形环境中具有较好的地形适应性以及越障和避障能力，携带可分离布置的辅助探测器并为其提供中转通信以及能源保障。同时，主探测器还搭载科学探测载荷，可对熔洞外部和洞口环境、地形地貌、物质成分等进行探测。

根据任务需求的不同，辅助探测器的选用更加多样化。比如针对熔洞内部可能存在的陡坡、塌陷、碎石等极端地形，可选用仿生多足爬行、弹跳、绳系、滚动等不同移动形式的辅助探测器。辅助探测器同样也携带科学探测载荷，可对熔洞内部温度、辐射、月尘、土壤成分、水冰等进行探测。

“此外，针对地形崎岖、落差较大的熔洞，还可采取飞行探测器直接飞入的方案，通过配置微波雷达和环扫激光雷达，实现黑暗环境下的自主避障飞行。”张崇峰说。

面向后续建设载人月球基地的愿景，张崇峰还提出了关于月球熔洞基地建设方案的设想：在洞口建立能源通信支持中心；部署设施及人员的进入及返回通道；开展地形改造，在熔洞内部署舱体以及原位建造科研和居住舱，建设长期运行的月球地下科研基地。

向太空深远处进发

行星际探测飞行的时空跨度越来越大，自主导航是保持飞行路线和姿态的前提。上海航天研制团队将扩展光学自主导航技术应用场景

随着人类对太空的探测更深、更远，行星际探测飞行的时间和空间跨度也越来越大。以木星系及更远的太阳系边际探测任务为例，探测器飞行时间达到10年到30年，飞行距离达到100倍日地距离，通信延时以小时计。

在如此大的时间和空间跨度下，探测器应减少对地面的依赖，具备全自主生存能力，而自主导航是保持正确飞行路线和飞行姿态控制的前提。

因为，在行星际空间中，必须准确知道探测器自身的位置和目标的位置，才能为探测器规划出正确飞行路线，并计算姿态指向，实现巡航飞行的同时，完成对行星科学探测和对地球通信等任务。此外，现阶段以地面站无线测量为主的导航方式，难以实现小行星、行星卫星等天体轨道的高精度测量，因此无法提供天体接近和环绕阶段的相应导航信息，这类行星际探测任务场景中，也必须采用探测器自主导航技术。

“随着天问一号火星探测器于2020年7月成功发射，正式拉开了我国行星际探测的序幕，在接下来的小行星、木星系和太阳系边际探测任务中，探测器自主导航技术将进一步发挥重要作用。”中国航天科技集团有限公司上海航天技术研究院院长助理刘付成说。

飞向宇宙更远空间的过程中，可采用的自主导航方式包括X射线脉冲星测距导航、恒星光谱测速导航和光学自主导航等。其中，光学自主导航可以通过图像目标识别和特征提取，完成位置、速度等导航信息的提取，是支撑我国未来进一步行星际探测的重要技术之一。“就像我们在公园查看地图时，首先要找到自己所在的位置，才能选择最优路线。”刘付成说。

行星际光学自主导航面临太阳光照条件变化、行星大气模型不够准确，以及测量时间基准和空间运动的对准等难题。

在我国首次自主火星探测任务中，上海航天采用“可见光+红外双波段光学导航敏感器”，提出了动态边缘图像自适应识别、椭球边缘拟合和自主时空基准对准等方法，成功验证了火星接近段和环绕段自主导航技术，证明了光学自主导航在行星际探测任务中的有效性。

后续的行星际探测任务中，一次任务的飞行距离将更远、探测目标更多，飞行路线更加复杂，对导航路标天体的自主规划提出了更高要求。上海航天研制团队将密切跟踪我国行星际探测计划，扩展光学自主导航技术应用场景，为我国木星系及更远的太阳系边际探测任务贡献智慧。

实现“无感化用天”

打造“无感化用天”，解决“太空治理”和“太空安全”新课题，构建人类和平利用太空的命运共同体

近年来，以埃隆·马斯克发起的“星链”计划为代表的庞大星座计划推动了新一轮的低轨巨型星座网络发展浪潮。

新兴的低轨巨型星座计划一般包含数百至数万颗低轨卫星，目标是为全球用户提供无处不在的宽带互联网接入服务，具有大规模、广覆盖、低时延、宽带化、天地一体等特征。

上海航天卫星总设计师陈占胜针对全球巨型星座发展趋势，倡导“联接、感知、智算、传输、研训、管控、应用”七位一体的巨型星座构建和应用理念，提出软件定义智联卫星，“就像我们的手机不换，手机应用软件和操作系统可以升级。我们希望未来卫星能力的提升，可以通过软件更新重构来实现。”陈占胜说，通过打造“无感化用天”，解决“太空治理”和“太空安全”新课题，构建人类和平利用太空的命运共同体。

陈占胜表示，综合分析发现，巨型星座的发展呈现弹性化、智能化和软件化等大趋势：一是通过弹性化设计，实现星座规模、功能、网络和能力等动态扩展；二是构建天基智能化软硬件生态，提供多源信息融合处理、智能自主任务规划和资源动态调配等能力；三是从星座、系统、单机软硬件等多个层级开展软件化设计，支持服务动态调整、能力迭代升级等能力。

如何实现“无感化”利用空天资源？陈占胜表示，基于七位一体巨型星座体系设计，采用分布式、开放式架构，大力发展软件定义智联卫星系统，通过泛在时空基准、高可靠网络、人工智能等新技术，快速、灵活、自主地组合星座资源，形成模块化、可伸缩、可扩展的多业务、多应用的按需服务能力。

巨型星座的飞速发展和高品质服务给社会带来巨大变革，但也提出了新的研究命题：面对近地空间频率、轨道资源稀缺，如何做好“太空治理”？巨型星座卫星的失效将对近地空间利用带来灾难性威胁，如何保障“太空安全”？巨型星座的大量部署对人类深空观测、电磁环境等或将产生负面影响，如何降低“太空污染”？

对此，陈占胜认为，世界各国应在合理利用近地空间、维护近地空间安全上携手共进，共建地球美好家园。

文/俱鹤飞

编辑/倪家宁