應紹基

2021-09-03


嫦娥五號軌道艙返回艙分離。(CNS Wikimedia Commons CC-BY-3.0)

關鍵詞:太空戰略、中美對抗、中共航太發展
 

一、緒言

1957年10月4日,蘇聯發射第一顆人造地球衛星進入太空軌道運行,開創了人類的太空時代,美國震驚之餘一直在後面努力追趕,促使美國對蘇聯展開航太競賽,彼此在人造衛星、載人太空飛行(簡稱「載人航太」)、探月與載人登月和深遠太空探測等領域,進行了將近20年(1957年至1975年)的激烈競爭,載人登月則是兩國太空競賽的最重要部份。1969年至1972年,美國連續6次實施載人登月成功,12名美國太空人登上月球並安返地球;而蘇聯只於1970年、1972年與1976年分別以月球16號(Luna 16)、月球20號(Luna 20)與月球24號(Luna 24)無人探測器,自月球採取月壤送返地球,載人登月競賽蘇聯已明顯失敗;1974年5月蘇聯官方取消載人登月計畫。此後,美、蘇轉向太空合作,尤其在建設國際太空站(International Space Station)與近地球軌道載人飛行,美、俄更是合作無間。

近年來,美國積極進行重返月球的「阿提米絲計畫(Artemis program)」;中共在衛星導航系統,探測器軟著陸月球與火星,以及建造太空站等航太領域表現優異,大有直追美國之勢;而昔日航太強國的俄羅斯,由於經濟拮据,航太人才流失,30年來航太科技領域發展乏善可陳,僅以服務美國航太業——出售RD-180火箭發動機,與以太空船載運太空人與補給往返國際太空站為主要業務,失去了昔日航太強國的風華。2020年5月美國航太總署發表《阿提米斯協議(Artemis Accords)》,邀約友邦簽約參與。俄羅斯認為《阿提米斯協議》是美國領導下類似「北約」的「太空聯盟」而公開反對。俄羅斯不僅退出「阿提米絲計畫」,並且轉與中共合作建設國際月球科研站,加上中共研建中的天宮一號太空站,已選出來自17個國家的23個研究課題在天宮一號太空站進行實驗,以及數名歐洲太空總署的太空人在中國大陸接受太空人訓練與學習中文,為未來進入「天宮一號」與中共太空人一同飛行與工作作準備。以中共為首的航太團隊隱約成形,未來將在月球探測、深遠太空探測與太空站科技研究,與美國領導的團隊互爭長短,地緣政治競爭延伸至太空了。

本文將就地緣政治競爭延伸至太空的背景與發展,作一完整的剖析。

 

二、中共近年航太科技研發成果卓越

中共於1956年決定發展航太科技,但由於當時國力衰弱,科技水準落後,至1970年才發射第一顆人造衛星東方紅一號進入太空軌道運行,成為全球第五個進入「太空俱樂部」的國家;當時美國已完成第一次載人登月飛行任務,美國太空人搭乘阿波羅11號太空船登陸月球並安返地球(1969年7月16日至7月20日)。但中共有計畫地規劃長期航太發展計畫,按照規劃逐步實施,數十年來先後完成了人造地球衛星應用,載人航太,探月與著月,逐年在航太發展領域展現其實力,引起各國關注。近幾年中共數個航太科技探測與發展個案的表現,更令各航太國家稱讚。玆扼要說明於下:

● 2019年1月,中共發射的嫦娥四號探測器在月球背面南極-艾特肯盆地(South Pole-Aitken Basin)內的馮•卡門撞擊坑(Von Kármán crater)內成功軟著陸,不僅全球首創在月球背面著陸(探索其他國家都無法抵達的區域),並且放下1輛玉免二號月球車,在月球表面進行巡航探勘,至今玉免二號月球車在月球背面順利工作超過900個地球日(詳參拙作《歷史性創舉  中國「嫦娥四號」著陸月球背面》一文,《全球防衛雜誌》2019年6月號/第418期刊出)。

● 1994年,中共開始研建第一代北斗衛星導航試驗系統,這個試驗性「二維」的定位系統,覆蓋範圍僅為東經70°-140°°,北緯5°-55°的中國大陸本土區域。2007年至2012年間,中共發射第二代北斗導航衛星,研建類似GPS、GLONASS、覆蓋亞太地區的第二代三維北斗導航系統,服務範圍涵蓋:南緯55度到北緯55度、東經55度到東經180度,包括了中國大陸全部和西太平洋以及印度洋大部的亞太大部分地區。接著中共繼續發射第三代北斗導航衛星,於2020年6月23日組建成功由55顆導航衛星形成星座,信號覆蓋全球的第三代北斗衛星導航系統,並於2020年7月31日正式開通,為全球提供定位與導航服務。民用接收機定位精度為3.6公尺(亞太地區達2.68公尺),優於美國GPS民用定位精度的5公尺。目前北斗系統服務已覆蓋200多個國家和地區,用戶突破1億,日服務達2億次,中國產製的北斗基礎產品已出口120多個國家和地區。(詳參拙作《北斗系統完成全球覆蓋 挑戰美國GPS》一文,《全球防衛雜誌》2020年11月號/第435期刊出)。

● 2020年11月24日,中共發射嫦娥五號探測器飛往月球,12月1日在月球正面西經51.8度、北緯43.1度成功軟著陸,12月2日完成月球表面「採樣」與「月壤封裝」後,12月17日返回器攜帶採得的1731公克月壤返回地球,在內蒙古四子王旗預定區域成功著陸。使中共成為自1970年代以來首次取回月球土壤的國家;也是繼美國和蘇聯之後,全球第三個實現「著月、採壤、返回」的國家。(詳參拙作《中共發射嫦娥五號探測器月球採樣返回的戰略意義》一文,《台北論壇》2021年2月20日刊出)

● 2020年7月23日,長征五號運載火箭自海南文昌將天問一號火星探測器發射升空,直接送入太空的地球-火星轉移軌道,展開飛往火星長達2億多公里的旅程。2021年2月10日,「天問一號」順利達成火星捕獲,進入近火點高度約400公里,遠火點約18萬公里,周期約10個地球日,傾角約10°的大橢圓環火軌道運行。2021年5月15日「天問一號」的祝融號火星車,安穩降落於火星北半球的烏托邦平原(Utopia Planitia),不僅為中共爭得第二個以火星車巡駛探勘火星國家的榮耀,並且成為第一個首次探測火星就一次性實現「環繞、著陸和巡視」的國家。法新社報導稱:「這次任務對中國而言是航太科技的一個巨大飛躍,因為他們一次完成美國花了幾十年才逐步完成的任務。」

​​​​​​​● 2021年4月29日,長征五號B運載火箭發射天宮一號太空站的天和核心艙,進入高度 390公里、傾角 41~42 度的近圓形軌道運行。5月29日,長征七號火箭發射天舟二號貨運太空船,5月30日與天和號核心艙對接,為即將進駐的太空人運去補給品與燃料。6月17日,長征二號F火箭發射神舟十二號載人太空船,將聶海勝、劉伯明和湯洪波3名太空人送往天宮號太空站,當天與天和號核心艙對接,3名太空人進駐天和號,將駐留3個月,進行太空站相關的組裝、太空站關鍵技術驗證與相關科研實驗。7月4日,太空人劉伯明和湯洪波身著「飛天」艙外太空衣,從天和核心艙的節點艙出艙,完成在機械臂上安裝腳限位器和艙外工作臺等工作,另一位太空人聶海勝在艙內配合支持2名出艙太空人進行艙外操作。未來3個月內將在機械臂支持下,相互配合展開多項太空站艙外有關組裝等作業。

 

三、中共航太科技發展將邁上更高的層次

2021年6月12日,中共國家航天局舉行新聞發佈會,宣佈「十四五」及未來一個時期,將重點推進行星探測、建構近地太空站、月球深入探勘與建造月球科研站等。

​​​​​​​●  深遠太空行星探測方面
在2030年前以火星探測為重點和主線,按照「一步實現繞著巡、二步完成取樣回」的路線進行。首次火星探測任務已經圓滿完成「繞、著、巡」的既定目標,下一步擬於2028年實施火星取樣返回任務。此外,還將在2025年前後實施近地小行星取樣返回和主帶彗星(main-belt comets)的環繞探測,2029年實施木星系及行星際穿越探測任務。

目前中共已進行過一次深空探測。2010年中共發射的第二個月球探測器「嫦娥二號」,在完成環飛探測月球的任務後,於2011年6月9日受控離開月球軌道,展開為積累經驗的深空探測飛行,「嫦娥二號」成為中共第一顆飛入「行星際」的探測器,先後探測了第2「拉格朗日點(Lagrangian point,L2)」與國際編號4179的圖塔蒂斯(Toutatis)小行星。截至2014年年中,「嫦娥二號」與地球的距離已經突破了1億公里,繼續飛向更遠的深空。

​​​​​​​● 載人航太方面
天宮一號太空站的天和核心艙已在軌運行,按照既定計畫,天舟三號、四號與五號貨運船分別將於2021年9月、2022年3月與10月發射,為天宮一號太空站運輸補給物資與太空船的廢棄物;神舟十三號、十四號與十五號載人太空船分別將於2021年10月、2022年5月與11月發射,每次載送3名太空人,進行駐留太空人的輪換,與完成天宮一號太空站的組裝與實驗等工作;2022年5月與7月前後,將先後發射問天實驗艙和夢天實驗艙入軌,與天和核心艙對接、組合與整合。2022年完成由3個艙段——天和核心艙、問天實驗艙與夢天實驗艙、整體外型呈水平對稱 T字構型的天宮一號太空站在軌建造。屆時美、俄多國合建的國際太空站已退役,「天宮一號」將係全球唯一在軌運行的太空站。

目前近地太空軌道上共有10名太空人:國際太空站中有美國太空人3名、俄羅斯2人、法國1人、日本1人,以及天宮一號太空站的天和核心艙中有中共太空人3名。

​​​​​​​● 月球探測方面
目前中共已規劃將繼續實施探月四期工程,深入探測月球,將陸續發射下列探測器對月球南極附近的資源進行進一步勘查,如探索水冰(固態水)等,以確定是否存在適合人類生存的環境。

嫦娥六號探測器——原係嫦娥五號的備份,也係由軌道器、返回器、著陸器、上升器四大艙段組成,規劃於2023年或2024年發射,著陸月球南極,將採集月球南極土壤樣本返回地球。

嫦娥七號探測器——計劃著陸於月球南極,在月球南極進行一次綜合探測,包括對月球的地形地貌、物質成分、太空環境等的探測任務。

嫦娥八號探測器——可能於2026年發射。除了繼續進行科學探測試驗以外,還要進行一些關鍵技術的月面試驗(例如能否採用3D列印技術,在月球上利用月壤建構房屋等),驗證建立無人月球科研站的可行性。

2017年年底,中共國家航天局探月與航太工程中心相關負責人透露,正在展開論證,研討在月球南極建立長期供給能源、自主運行、無人值守的「月球科研站」,展開以機器人為主、能夠長期自主運行,進行科學研究和技術試驗。顯而易見,中共發射嫦娥六號、七號與八號探測器的目標,就是為了在月球南極建立無人科研站,俾能深入了解月球南極與月球。(自從多國月球軌道飛行器遙感探得月球南、北極藏有水冰後,月球南極已成為各國探勘、著陸與建設科研基地的熱區。因為水冰可轉化為氧氣與氫氣,供太空人呼吸與飲用,以及用為火箭燃料飛返地球或飛往火星。)

在建設月球南極無人科研站後,中共必然將依序進行「載人登月」與「長久駐月」,目前雖已展開「載人登月」的先期研究,但那將係2030年代才可能實現的目標。

近三年來中共在航太科技領域的成就,與在航太科技領域規劃的未來作為,已經超越俄羅斯,尾追於美國之後,位列世界航太科技的第一梯隊,令俄羅斯航太科技人士欽羡、美國航太科技人士爭議是否該與中共合作。

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四、中共載人計畫驚醒美國重返月球

1969年至1972年間,美國連續成功進行6的次載人登月、12名美國太空人登上月球後,皆只在月球表面進行「艙外活動(Extravehicular activity簡稱EVA)」數小時至22小時02分鐘,除了在月球不同地區留下腳印,以及阿波羅15號、16號與17號太空船並在月球3處各留下1輛月球車,採集一些月壤就返回地球了。「阿波羅-聯盟測試計劃」完成後,美國載人登月從此冷卻而停了下來,美國航太總署的預算也遭到顯著刪減,從1966年阿波羅計畫巔峰時佔美國聯邦預算的4.41%,至1975年正式跌破1%(0.98%),其結果是美國在載人航太領域忘記了月球,至今美國與任何航太國家都沒有再進行過載人登月活動。

21世紀初,中共在月球探測與載人太空飛行方面,有一系列的進展,並公佈中共載人航太的「三步走」發展戰略,是依序實現「建成天地往返的基本運輸工具、建立短期有人照料的太空實驗室、與建造大型長期有人留駐的太空站」的目標,而其長遠目標則是「載人登陸月球、建立月球基地」,甚至於「載人登陸火星」。2003年10月15日,中共太空人楊利偉搭乘長征二號F火箭發射的神舟五號太空船進入太空軌道,環繞地球飛行14圈後返回地球安全著陸,中共成為全球第三個具備載人航太的國家,令美國朝野感到震驚,同時激發美國載人航太應重返月球與向火星發展的概念。

2004年1月,時任美國總統的喬治•布希(George W. Bush,小布希)發佈「新太空探索計畫(The new space exploration program)」,計畫內容包括研製下一代載人太空船與運載火箭、載送太空人重返月球進而登陸火星等。但因多種因素羈絆,十餘年來發展績效不彰。

 

五、美國重返月球的「阿提米絲計畫」

2017年1月,美國第45任總統唐納•川普(Donald John Trump)就任,其施政主調為「讓美國再次偉大(Make America Great Again)」。2017年12月11日,川普總統簽署第一號太空政策指令(Space Policy Directive No. 1),宣佈美國太空人將重返月球,不僅要在月球上再插國旗與留下腳印,還要為未來的載人火星任務奠定基礎,將來還要飛往火星之外的世界。這個重返月球的載人登月任務,被命名為「阿提米絲計畫(Project Artemis)」。

阿提米絲計畫的目標是:2024年將第一位美國女太空人和下一位男太空人送上月球。阿提米絲(Artemis)是希臘神話中的月亮女神,也是太陽神阿波羅(Apollo)的雙胞胎姐姐。1969年至1972年間美國連續成功進行6次載人登月,12名美國男性太空人登上月球,當時的載人登月任務名為「阿波羅計畫」;美國2024年送第一位女太空登陸月球的任務,以月亮女神「阿提米絲」命名最能凸顯任務的特色。

阿提米絲計畫的載人登月模式與1960-70年代的阿波羅計畫大不相同。阿提米絲計畫將在地月太空(cislunar space)建構一個稱為「月球軌道平台-門戶(Lunar Orbital Platform-Gateway,簡稱「月球軌道平台」)的太空站,運行於環繞月球的高橢圓形「近直線光環軌道(Near-Rectilinear Halo Orbit)」上,作為載人登月的整備站與飛往火星的中繼站。「月球軌道平台」太空站是數個不同功能的艙段,自地球發射至月球「近直線光環軌道」,在軌道上組建整合成為一體,為登月太空人提供居住、維生、工作、能源、通信等功能,比照國際太空站由美國、俄羅斯、歐洲太空署、日本與加拿大等國分工建造。「月球軌道平台」第一個發射的艙段是美國研製的電源-推進艙(Power and Propulsion Element),將於2022年發射。(詳參拙作《阿提米絲計畫:2024年美國太空人重返月球》一文,《全球防衛雜誌》2020年2月號/第426期刊出)

拜登(Joe Biden)就任美國第46任總統後,將中共視為戰略競爭對手,格外支持阿提米絲計畫,力求於2024年將第一位美國女性太空人和一位有色人種男性太空人送上月球(針對美國國內種族對立情勢而調整),長期目標是在月球表面建立基地,開拓民間企業參與的基礎,最後則是載人飛往火星。

 

六、美國阻絕了中、美航太科技合作的可能性

自1956年中共開始發展航太科技以來,美國就懷有戒心,防範中共自美國獲得航太科技相關資訊。1990年代美、俄多國開始合作研建國際太空站,中共表示有意願參與,但被美國拒絕。1999 年 5 月,美國國會發表《考克斯報告(Cox Report)》,禁止中共利用商業衛星發射服務、發射美國製造或具有美國製造元組件的商業衛星,防範中共竊取美國衛星與火箭相關資料。2011年4月,美國國會眾議員弗蘭克•沃爾夫(Frank Wolf)進一步提出「沃爾夫條款(Wolf Clause)」,禁止美國航太總署和白宮科技政策辦公室的任何聯合科學活動與「中國政府」進行技術交流,以及以反間諜為由禁止美國航太總署所有設施接待「中共官方訪問者」。

中共祝融號火星車成功著陸火星展開巡航探勘,以及中共3名太空人進駐天宮一號太空站的天和核心艙後,甚多美國航太科技人士與學者,呼籲美國與中國在航太科技領域展開合作,不僅可發揮相輔相成的效果,並且能羈絆中共在航太科技領域快速進步,但皆未得到美國航太總署的回應。

2021年拜登總統上任後定調:中國係美國的戰略競爭對手。美國航太總署新任署長尼爾森(Bill Nelson)立即心領神會,於5月19日在美國參議院2022財年預算提案會議上,向參議員展示祝融號火星車著陸火星後拍攝的照片,聲稱中國航太科技實力緊追於美國之後,正在推動著陸月球南極的計畫,要求國會增撥航太總署經費,積極支持實現美國太空人重返月球的「阿提米絲計畫」。

6月23日,尼爾森出席國會眾議院聽證會,美國共和黨籍聯邦眾議員華爾茲(Micheal Waltz)問尼爾森:「中國在太空的主導地位越來越令人擔憂,中國正公開談論將取代美國的超級太空強國的地位……你同意美國將不再保持第一名的地位嗎?」尼爾森斬釘截鐵地回答:「美國理應做第一……,多撥預算才能使美國更好地與中國競爭。」當被問及是否支持「沃爾夫條款」及將其永久化時,尼爾森連忙表態答道:「是的,我支持。」

數十年來,美國持續阻絕中共自其獲得航太科技資訊,不僅防範與管制愈來愈嚴厲,今年更進一步斷絕了中、美航太科技合作的可能性。

 

七、地緣政治競爭延伸至太空  美、中各組團隊拚搏

拜登總統就任後,其中國政策基本仍是川普前總統的「抗中」,不同的是作法——拜登極力拉攏友邦,組成各種團隊,在美國領軍下共同對抗中國。

在航太領域方面,2020年5月美國航太總署發表《阿提米斯協議(Artemis Accords)》,邀約友邦簽約參與。根據美國航太總署的說法,協議有兩個目的,一是為促進太空探索的國際合作,一是協調相關國家的和平相處,並希望成為美國及其航太盟友未來進行太空活動的指導原則。時任航太總署署長的吉姆•布萊登斯坦(Jim Bridenstine)則聲稱《阿提米斯協議》將成為建立探月全球聯盟的工具。俄羅斯公開反對《阿提米斯協議》;中共未被邀約參加(應係受阻於「沃爾夫條款」),很多國家則觀望。多國擔心該協議將使美國佔據國際太空法的解釋權,並使全球太空企業進行月球商業航太活動時必須向美國尋求許可。目前簽字參與《阿提米斯協議》的國家已有:美國、澳大利亞、巴西、加拿大、日本、韓國、盧森堡、義大利、紐西蘭、烏克蘭、阿聯大公國和英國共12個國家,係當前以美國為首的航太科技合作團隊。

數十年來中共與歐洲和第三世界國家進行航太科技合作頻繁,除了利用其太空探測器搭載各合作國家的探測載荷(裝備)共享探測成果外,也與他國共同進行研發專案。最成功的範例是始於1988年的「中、巴資源衛星合作計畫」,迄今為止陸續共成功發射了5顆資源衛星,資料廣泛應用於中共和巴西的經濟社會各個領域;另有2001年至2004年間,中共與歐洲航太總署合作進行的「地球空間雙星探測計畫」,對近地太空赤道區與極地區的地球磁層進行三維同步探測。近年中共發起推動與巴西、俄羅斯、印度、南非等國的航太機構共同組建「金磚國家遙感衛星星座」,強化金磚五國的航太科技合作。2020年發射天問一號火星探測器任務過程中,歐洲太空總署、阿根廷、法國、奧地利等國航太組織參與相關技術合作。

中共計畫於2021    年至2022年問研建完成天宮一號太空站。2016年,中共與聯合國外太空事務署(United Nations Office for Outer Space Affairs)簽署了一項協議,將天宮一號太空站對國際開放,向所有聯合國成員國徵集有意搭載到天宮一號太空站的合作實驗項目,目前已遴選出來自17個國家的23個研究課題,涉及微生物學、天文學和微重力物理學等領域。此外,數名歐洲太空總署的太空人在中國大陸接受太空人訓練與學習中文(太空船與太空站的操作介面,以及溝通語言皆為中文),天宮一號太空站建成後,將會看到外國太空人進入太空站與中共太空人一同飛行與工作。今後中共與歐洲及第三世界國家的航太科技合作,將因天宮太空站建成更為擴大與增加。

1975年7月美、蘇太空競賽達成「和解」後,數十年來蘇聯/俄羅斯一直是美國的幫手,在太空科技領域合作無間。阿提米絲計畫的「月球軌道平台」有一個艙段,美國安排由俄羅斯研製。俄羅斯公開反對《阿提米斯協議》後,繼而宣佈退出阿提米絲計畫。俄羅斯國家航太公司總裁德米特里•羅戈津明確表示稱:「因為美國將它變成一個龐大的政治項目,在美國的領導下成為類似「北約」的「太空聯盟」;俄羅斯不接受月球軍事化。」2021年4月俄羅斯副總理鮑裡索夫(Yury Borisov)宣佈,由於國際太空站嚴重老化,俄羅斯的太空站運營合約也將於 2024 年到期,因此俄羅斯計畫自 2025 年起退出該專案,並著手建造自己的太空站。俄羅斯與美國的太空科技合作關係明顯改變。

另一方面,俄羅斯已確定與中共合作建設國際月球科研站。2021年3月,中、俄政府簽署了《關於合作建設國際月球科研站的諒解備忘錄》,啟動國際月球科研站的合作;4月23日,雙方發佈《中國國家航天局和俄羅斯國家航太集團公司關於合作建設國際月球科研站的聯合聲明》;6月16日,全球太空探索大會期間,中、俄聯合發佈了《國際月球科研站路線圖(V1.0)》和《國際月球科研站合作夥伴指南(V1.0))》,並歡迎國際夥伴在國際月球科研站任務的各階段以及階段各層級參與專案合作。顯然中共與俄羅斯將組成航太團隊,合作探測與開發月球。

俄羅斯在太空領域擁有豐富經驗,但因經濟資源不足而使其研發項目進展遲滯,中共在進入太空探索方面相對較晚,卻完成了俄羅斯和前蘇聯未能完成的任務,躍居太空強國之列,中俄聯手合作,並邀集歐洲與第三世界國家組成另一團隊,在航太科技領域共同研究發展,勢能追趕美國在太空領域的優勢。

 

八、結語

美國透過《阿提米斯協議》組織類似「北約」的「太空聯盟」進行「重返月球」工程,令俄羅斯顧慮美國將獨占月球與月球資源;由於中共的航太科技實力已超越俄羅斯,緊追美國之後,俄羅斯不得不捨棄美國改與中共合作,共同研建國際月球科研站,期盼能借助中共的實力得以分享月球資源。2022年中共建成天宮一號太空站,很多國家因它即將係全球唯一在軌運行的太空站,而被吸引參與以中共為中心的航太團隊,在太空站科研、開發月球資源、深遠太空探測等方面,和美國領導的團隊展開競爭。地緣政治已延伸至太空,太空競爭將進入一個更為激烈的全新時代,未來人類將迎接一個航太科技加速發展的新境界或是太空戰爭?世人且持續關注其發展。


(本專欄作者意見不代表論壇立場)

關於作者
應紹基為前中山科學研究院顧問