【摘要】人類嘗試正確認(rèn)識宇宙以及地球在宇宙中的地位，歷經(jīng)數(shù)千年的漫長歲月，但直到1957年成功發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星后，人類才真正進(jìn)入太空疆域。通過系統(tǒng)回顧人類探索宇宙的階段性歷史，梳理人類在觀察、理解、開發(fā)、利用宇宙的過程中認(rèn)知不斷深化的歷史動因，能夠較為全面地展現(xiàn)宇宙探索活動的復(fù)雜性、必要性和緊迫性，進(jìn)而更為深刻地理解航天事業(yè)的時代價值。

【關(guān)鍵詞】宇宙探索 科技強(qiáng)國 航空航天 【中圖分類號】B016.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

2022年6月5日，搭載神舟十四號載人飛船的長征二號F遙十四運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星中心成功發(fā)射，三名航天員順利進(jìn)駐天和核心艙，意味著中國空間站首次在有航天員的狀態(tài)下迎接航天器來訪，標(biāo)志著天宮空間站的關(guān)鍵技術(shù)驗證階段圓滿結(jié)束，建造階段正式開始。2022年11月29日，搭載神舟十五號載人飛船的長征二號F遙十五運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射，三名航天員順利進(jìn)駐中國空間站，與神舟十四號航天員乘組首次實現(xiàn)“太空會師”。建成空間站是建設(shè)科技強(qiáng)國的標(biāo)志性成果，對建設(shè)航天強(qiáng)國具有里程碑意義。習(xí)近平總書記指出：“建造空間站、建成國家太空實驗室，是實現(xiàn)我國載人航天工程‘三步走’戰(zhàn)略的重要目標(biāo)，是建設(shè)科技強(qiáng)國、航天強(qiáng)國的重要引領(lǐng)性工程。”

人類嘗試正確認(rèn)識宇宙以及地球在宇宙中的地位，歷經(jīng)數(shù)千年的漫長歲月，但直到1957年成功發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星后，人類才真正進(jìn)入太空疆域。在不到70年的時間里，航天為何已經(jīng)成為國家整體戰(zhàn)略中不可或缺的部分？人類為何要孜孜以求地研究天體的運(yùn)動方式、航天器的設(shè)計制造以及外層空間的生態(tài)環(huán)境？通過系統(tǒng)回顧人類探索宇宙的階段性歷史，梳理人類在觀察、理解、開發(fā)、利用宇宙的過程中認(rèn)知不斷深化的歷史動因，能夠較為全面地展現(xiàn)宇宙探索活動的復(fù)雜性、必要性和緊迫性，進(jìn)而更為深刻地理解航天事業(yè)的時代價值。

不同時期的宇宙觀測

對于古代先民而言，掌握日月星辰位置變化的規(guī)律，可以為日常生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、典禮祭祀等服務(wù)。不同地區(qū)的人們都通過對天空和星體的觀測劃分季節(jié)和編制歷法。公元前3000年左右，古埃及人根據(jù)對尼羅河河水漲落以及天狼星的長期觀察，制定了最早的太陽歷。這一歷法將一年定為365天，與回歸年只有四分之一天的歲差。大約在公元前5世紀(jì)，古巴比倫人就已經(jīng)知道了黃道，并把黃道帶劃分為十二個星座，以神話中的神或動物命名，這套符號（即黃道十二宮）沿用至今。中國出土的武乙時期(約公元前1300年)的牛胛骨上已經(jīng)完整地刻上了六十干支；在甲骨卜辭中還有相當(dāng)數(shù)量的日月食、新星、超新星的記載。中世紀(jì)，阿拉伯人建造了巴格達(dá)智慧宮、馬拉蓋天文臺及撒馬爾罕天文臺等世界一流的天文觀測機(jī)構(gòu)；創(chuàng)制了精巧便攜的觀星導(dǎo)航工具——星盤。同時通過翻譯和研究包括托勒密的《天文學(xué)大成》在內(nèi)的大量古希臘文獻(xiàn)，將天文學(xué)這門重要的自然學(xué)科傳承了下來。

1576年，丹麥天文學(xué)家第谷在汶島建立了世界上最早的大型天文臺。第谷一生中進(jìn)行了四十余年不間斷的天文觀測，為16世紀(jì)提供了最完整、最精密的觀察資料，是望遠(yuǎn)鏡出現(xiàn)以前僅用肉眼觀測所能達(dá)到的最高水平。他的工作是近代科學(xué)精密定量精神的體現(xiàn)。1609年，意大利物理學(xué)家伽利略首次使用自制的望遠(yuǎn)鏡觀察太空，發(fā)現(xiàn)了凹凸不平的月面、太陽自轉(zhuǎn)、金星的相位變化以及木星的四個衛(wèi)星等一系列重要現(xiàn)象。1668年，英國物理學(xué)家牛頓發(fā)明了第一臺反射式望遠(yuǎn)鏡。1781年，英國天文學(xué)家威廉·赫歇爾用自制的反射式望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了天王星。1840年，美國科學(xué)家約翰·W·德雷珀拍攝了已知的第一張清晰月球照片，自此天體攝影逐漸取代裸眼觀察成為天文學(xué)的主要研究方法。

20世紀(jì)50年代，美國天體物理學(xué)家斯皮策首先提出把望遠(yuǎn)鏡放入太空，以消除地球大氣層遮蔽效應(yīng)的建議。20世紀(jì)70年代，美國開始實施“大型軌道天文臺計劃”（Great Observatories），共研制并發(fā)射了4臺大型空間望遠(yuǎn)鏡，取得了證明超新星存在黑洞、測得目前最精確的宇宙膨脹速度等重大成果。2021年12月25日，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡從法屬圭亞那庫魯航天中心發(fā)射升空，被認(rèn)為是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的“繼任者”。

對宇宙運(yùn)行機(jī)制的持續(xù)探問

在天象測錄之外，人類也一直試圖對表象背后更深層的宇宙運(yùn)行機(jī)制作出合理解釋。古希臘人將天文學(xué)視作關(guān)于天體運(yùn)動的科學(xué)，使用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)和物理理論來創(chuàng)建宇宙模型。亞里士多德提出宇宙是以靜止的地球為中心的同心球體，并分為不完美的月下區(qū)域（成分是四元素）和完美的月上區(qū)域（成分是以太）。他的觀點(diǎn)經(jīng)幾代哲學(xué)家不斷改進(jìn)，最終在公元2世紀(jì)由羅馬屬埃及的天文學(xué)家托勒密形成完善的“地心說”。“地心說”復(fù)雜的圓周理論（本輪—均輪模型）能夠以較高精度計算天體的軌道，又與中世紀(jì)基督教神學(xué)思想契合，因此長期盛行于古代歐洲。但由于“地心說”無法解釋的觀測事實越來越多，在文藝復(fù)興和人文主義運(yùn)動的影響下，人們開始嘗試描繪一幅新的宇宙圖景。

1543年，波蘭天文學(xué)家哥白尼的《天體運(yùn)行論》出版，提出了“日心說”。其革命性的觀點(diǎn)——地球和其他行星一并圍繞宇宙中心的太陽運(yùn)動——打破了地球靜止和區(qū)分地球與天空的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，挑戰(zhàn)了人類對自身和世界的認(rèn)識。1572年11月—1574年3月第谷對仙后座超新星從爆發(fā)到不可見的連續(xù)觀測以及在1577年對大彗星的觀察，徹底推翻了亞里士多德“天體不變”的觀點(diǎn)。1609年—1618年，德國天文學(xué)家開普勒一直致力于尋找和量化行星運(yùn)動的物理原因，經(jīng)過縝密的計算，發(fā)現(xiàn)了著名的行星運(yùn)動三定律，使得宇宙探索真正走上了科學(xué)的軌道。1609年，伽利略用望遠(yuǎn)鏡觀察到一系列重要現(xiàn)象，為“日心說”提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，并開辟了依靠精密儀器和實驗解釋天體運(yùn)動的新時代。

1687年，牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中提出物體運(yùn)動三大定律和萬有引力定律，奠定了經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)。1705年，哈雷運(yùn)用牛頓定律計算并預(yù)言了彗星的回歸時間，這顆彗星被命名為“哈雷彗星”。1759年3月，“哈雷彗星”如期而至，完美驗證了牛頓的理論。可以說，牛頓實現(xiàn)了自然科學(xué)第一次理論性大綜合，拉開了18世紀(jì)啟蒙運(yùn)動的序幕，宇宙從此成為完全理性的、可以認(rèn)知的研究對象。1845年，英國天文學(xué)家約翰·亞當(dāng)斯利用萬有引力定律，預(yù)言天王星后面還存在一顆行星在影響著天王星的軌道。一年之后，人們在理論預(yù)言的軌道位置真的發(fā)現(xiàn)了這顆行星，也就是海王星，宣告了萬有引力理論的徹底勝利。

1859年前后，英國天文學(xué)家威廉·哈金斯通過對天體光譜的分析發(fā)現(xiàn)其它恒星和太陽都有相同的組成元素，首次推翻了太空是由特殊物質(zhì)“以太”組成的結(jié)論。1868年，英國天文學(xué)家洛克耶和法國天文學(xué)家讓森通過對太陽光譜的分析發(fā)現(xiàn)了“氦”元素。這些工作標(biāo)志著天體物理學(xué)的誕生。1916年，愛因斯坦提出廣義相對論，指出任何具有一定質(zhì)量的物體都會使它周圍的空間發(fā)生彎曲，使經(jīng)典力學(xué)體系下無法解釋的水星近日點(diǎn)進(jìn)動問題迎刃而解。他進(jìn)一步指出時間并非以恒定的速度流逝，而是和觀測者的狀態(tài)有關(guān)。這個概念對于一些衛(wèi)星具有很重要的意義，例如全球定位系統(tǒng)，因為它們的正常工作都依賴于高精度的原子時鐘。

可以說，在太空時代到來之前，依靠人類智慧和輔助工具，學(xué)者們構(gòu)建的宇宙模型已愈發(fā)精確。然而，人類對宇宙全面直觀的認(rèn)知還有待將探測器和宇航員送入太空的努力。

進(jìn)入宇宙空間的準(zhǔn)備過程

進(jìn)入宇宙是人類自古以來的夢想。在17世紀(jì)，牛頓已經(jīng)從運(yùn)動學(xué)上計算出邁向星空所要達(dá)到的“第一宇宙速度”。20世紀(jì)上半葉，這一目標(biāo)分為兩個階段逐漸成為現(xiàn)實。

第一階段是現(xiàn)代航天理論的建立。1903年，俄國科學(xué)家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基發(fā)表《利用反作用力設(shè)施探索宇宙空間》一文，從理論上論證了利用液氧和液氫做燃料的多級火箭可以達(dá)到地球軌道的逃逸速度，奠定了火箭運(yùn)動的基本理論。1919年，美國物理學(xué)家羅伯特·戈達(dá)德發(fā)表了《到達(dá)超高空的方法》，這是第一篇關(guān)于使用火箭進(jìn)行太空旅行的實用論文。1923年，德國物理學(xué)家赫爾曼·奧伯特的《飛往星際空間的火箭》一書，確立了火箭在宇宙空間推進(jìn)的基本原理，并推動了1927年火箭業(yè)余團(tuán)體“太空旅行協(xié)會”的成立。赫爾曼·奧伯特的著作使得大批德國青年對火箭產(chǎn)生興趣，其中就包括“現(xiàn)代火箭之父”馮·布勞恩。

第二階段是火箭技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。因?qū)﹂L程攻擊武器的需求，德國陸軍在1932年開始推進(jìn)液態(tài)燃料火箭實驗。1942年，馮·布勞恩帶領(lǐng)團(tuán)隊研制出世界上第一種彈道導(dǎo)彈（V-2導(dǎo)彈）。1944年6月20日，德軍V-2火箭試射（編號MW 18014）成功穿越卡門線進(jìn)入外太空，成為人類歷史上第一個飛行至太空的人造物體。V-2火箭是之后所有太空發(fā)射器的原型。

二戰(zhàn)結(jié)束后，美國和前蘇聯(lián)均在德國的研究基礎(chǔ)上繼續(xù)從事火箭及其他航天技術(shù)的研究，例如1946年—1952年，美國將V-2火箭改裝為探空火箭，創(chuàng)立了X射線天文學(xué)這門新的學(xué)科。20世紀(jì)50年代，各種類型的導(dǎo)彈武器相繼問世，形成了導(dǎo)彈武器系統(tǒng)，同時也積累了研制運(yùn)載火箭的經(jīng)驗，建立了與之配套且初具規(guī)模的工業(yè)設(shè)施。聚硫橡膠和高氯酸銨復(fù)合推進(jìn)劑等的研制成功，使制造大型固體火箭發(fā)動機(jī)成為現(xiàn)實。經(jīng)過近半個世紀(jì)的積累，將人造衛(wèi)星送入軌道已具備可行性。

1957年10月4日，前蘇聯(lián)成功把世界上第一顆人造地球衛(wèi)星（斯普特尼克1號）送入太空。這次任務(wù)探知了地球高空大氣的密度，且為后續(xù)發(fā)射積累了寶貴的經(jīng)驗，正式宣告太空時代的到來。首顆衛(wèi)星的成功發(fā)射震驚了西方世界，甚至在美國引發(fā)了“斯普特尼克危機(jī)”，直接導(dǎo)致1958年10月美國國家航空航天局（NASA）的成立。此后美蘇兩國更是展開了持續(xù)20余年的太空競賽。航天活動頻率增加、目的多樣，推動宇宙探索進(jìn)入利用太空、管理太空的新階段。

太空時代的宇宙探索

1957年至今，人類送入地球軌道的衛(wèi)星已經(jīng)超過1.3萬顆；僅2021年，全球就實施了146次發(fā)射任務(wù)，發(fā)射航天器總數(shù)量達(dá)1846個?？梢哉f，宇宙探索已經(jīng)進(jìn)入以航天活動為主的規(guī)?；瘯r期。航天活動因任務(wù)的目的和難度有所區(qū)別，可以分為地球應(yīng)用衛(wèi)星、載人航天和深空探測三大領(lǐng)域。

地球應(yīng)用衛(wèi)星是發(fā)射數(shù)量最多的航天器。應(yīng)用衛(wèi)星的發(fā)展非常迅速。1960年4月1日，美國發(fā)射了全球第一顆氣象衛(wèi)星“泰羅斯1號”，開創(chuàng)了從太空觀測地球大氣的新時代。1960年8月12日，美國發(fā)射了第一顆專門用于全球通信的衛(wèi)星“回聲1號”，奠定了現(xiàn)代衛(wèi)星通信的基礎(chǔ)。從20世紀(jì)70年代起，通信、遙感、導(dǎo)航等不同用途的應(yīng)用衛(wèi)星體系開始建立。美國在1973年啟動全球定位系統(tǒng)計劃，1995年達(dá)到完全運(yùn)行能力。20世紀(jì)80年代以后，應(yīng)用衛(wèi)星朝著長壽命、多用途方向發(fā)展，基本形成了商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)市場。進(jìn)入21世紀(jì)，應(yīng)用衛(wèi)星朝著低成本、小型化發(fā)展，衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)成為商業(yè)航天的主要組成部分。

載人航天是當(dāng)今世界技術(shù)最復(fù)雜、難度最大的航天工程，目前只有前蘇聯(lián)（俄羅斯）、美國和中國三個國家能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立將人類送入太空。載人航天的發(fā)展大致可以分為三個階段。第一階段是人類進(jìn)入太空的嘗試。1961年4月12日，前蘇聯(lián)宇航員尤里·加加林乘坐“東方1號”宇宙飛船環(huán)球飛行成功，實現(xiàn)了世界上首次載人宇宙飛行。這次飛行證明了當(dāng)時在技術(shù)上已經(jīng)解決失重及再入大氣層等難題。1965年3月18日，前蘇聯(lián)宇航員阿列克謝·列昂諾夫搭乘“上升2號”宇宙飛船，進(jìn)行了史上首次太空行走。第二階段是載人登月計劃。為了扭轉(zhuǎn)首輪太空競賽中的不利地位，美國于1961年5月宣布啟動“阿波羅計劃”，旨在完成載人登陸月球和安全返回地球的目標(biāo)。1969年7月20日，“阿波羅11號”飛船的登月艙降落在了月球表面。阿姆斯特朗與奧爾德林代表人類首次踏上月球，成為轟動世界的歷史性事件。第三階段是多用途載人航天器的開發(fā)。這一時期，美蘇兩國都將載人航天活動的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向可長期、重復(fù)、綜合利用的載人航天器，但各有側(cè)重。前蘇聯(lián)在1971年—1982年共發(fā)射了7個“禮炮”號空間站。1996年4月26日，俄羅斯最終建成人類首個可長期居住的空間研究中心“和平號”空間站。美國則主要致力于航天飛機(jī)計劃。歷史上共有5架航天飛機(jī)曾執(zhí)行過飛行任務(wù)。30年中，5架航天飛機(jī)成功完成133次飛行任務(wù)，包括發(fā)射、維修衛(wèi)星以及空間站、運(yùn)送人員和物資等，最引人注目的是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射及其在軌維護(hù)。然而，兩次機(jī)毀人亡的災(zāi)難性事故暴露了航天飛機(jī)在設(shè)計和技術(shù)上的重大缺陷，全部航天飛機(jī)因安全問題在2011年7月21日正式退役。空間站和航天飛機(jī)雖然是兩種不同的技術(shù)路徑，但二者的經(jīng)驗都為“國際空間站”的建造提供了助力。國際空間站于1998年11月開始建造，采用桁架掛艙式結(jié)構(gòu)。作為當(dāng)今功能最完善、合作范圍最廣的載人航天項目，國際空間站為人體學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)等眾多領(lǐng)域提供了大規(guī)模的空間科學(xué)研究與試驗平臺。

深空探測是指脫離地球引力場，將飛行器送入行星際軌道的探測活動。1958年，前蘇聯(lián)研發(fā)出了能夠加速到第二宇宙速度的月球探測器“月球2號”及“閃電號”運(yùn)載火箭，并連續(xù)發(fā)射了多個月球、金星和火星探測器，開始對太陽系進(jìn)行深入探索。迄今，人類已經(jīng)探測過太陽系的7顆行星、太陽、彗星和小行星，實現(xiàn)了在火星、金星、土衛(wèi)六等天體上的軟著陸，并于2005年成功執(zhí)行了撞擊彗星的任務(wù)。人造航天器最遠(yuǎn)已經(jīng)飛到了太陽系的邊緣。

作為后發(fā)國家，中國的航天事業(yè)采取循序漸進(jìn)、逐步擴(kuò)展的策略，以“東方紅一號”“神舟五號”“嫦娥一號”為三大里程碑，首先具備了進(jìn)入宇宙空間的能力，隨后發(fā)展了宇宙空間應(yīng)用能力，在國家經(jīng)濟(jì)實力壯大后，開始發(fā)展載人航天和深空探測能力。

宇宙探索的時代價值

宇宙探索的歷史，是計時、歷法、航海等實際需求促成天文學(xué)誕生，通過探索宇宙指導(dǎo)人類社會生產(chǎn)進(jìn)步的歷史；是天文學(xué)和數(shù)學(xué)、物理等其他基礎(chǔ)學(xué)科相互滲透和促進(jìn)，領(lǐng)導(dǎo)自然科學(xué)革命的歷史；是借助各種先進(jìn)儀器研究天體的物理狀態(tài)，解析宇宙奧秘的歷史；是航天器、運(yùn)載工具、控制系統(tǒng)等多種要素組合，完成航天任務(wù)的歷史?？傮w而言，當(dāng)前的宇宙探索活動在多個方面體現(xiàn)了自身的價值。

首先，宇宙探索是人類認(rèn)識客觀世界的重要途徑。一方面，作為制高點(diǎn)的宇宙空間提供了全球觀察的場所，可以對地球進(jìn)行各種目的的大范圍觀測；另一方面，研究其它行星能夠幫助人類確切了解地球在太陽系中的地位。在科學(xué)史上，以“日心說”的提出為肇端，幾代學(xué)者接續(xù)完成了一場天文學(xué)革命，最終促成以物理學(xué)革命為主的科學(xué)革命，深刻地影響了人類文明進(jìn)程。

其次，宇宙探索是高新技術(shù)和前沿科學(xué)的誕生地和練武場。一方面，航天工程是最復(fù)雜的科技集成系統(tǒng)之一，它的發(fā)展將會帶動巨型火箭、微波雷達(dá)、無線電制導(dǎo)、合成材料、自動控制、真空技術(shù)、低溫技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)等一大批高技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。另一方面，在外層空間獨(dú)特的高真空、微重力、超低溫、強(qiáng)輻射環(huán)境中，可以開展針對新材料、新工藝以及生物制品的綜合研究，檢驗各種極端物理條件下的物理理論。

最后，宇宙探索是衡量國家實力的重要標(biāo)志。隨著各種航天器的大量部署和應(yīng)用，國家對宇宙空間的爭奪已成為影響戰(zhàn)爭勝負(fù)的關(guān)鍵。各類衛(wèi)星從偵察、監(jiān)視、預(yù)警、導(dǎo)航、通信和氣象保障等方面支援地面、海上和空中作戰(zhàn)，成為不可或缺的作戰(zhàn)支援力量。因此，在當(dāng)下和未來的國家安全戰(zhàn)略中，要想不受制于人，必須擁有明確的宇宙探索目標(biāo)和相當(dāng)?shù)挠钪嫣剿鲗嵙Α?/p>

（作者為北京大學(xué)哲學(xué)系教授、博導(dǎo)；北京大學(xué)哲學(xué)系科技哲學(xué)專業(yè)博士研究生李芳薇對本文亦有重要貢獻(xiàn)）

責(zé)編/孫渴 美編/李祥峰

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