使中國成為獨立掌握近地空間長期載人飛行技術、具備長期開展近地空間有人參與科學技術試驗能力、能夠綜合開發利用太空資源的國家，是我國建造和運營載人空間站的目的。
天和核心艙發射入軌已逾千日，天宮空間站如常運營。我國最大載人航天器在開發利用空間資源的航程中發揮了什麼樣的作用？未來載人月球探測又將怎樣延續這一使命？
▲從神舟十六號飛船看中國空間站（圖源：中國載人航天）
（一）太空資源在那裏
儘管走得最遠的探測器已經飛抵太陽系邊緣，人類對宇宙的認知僅僅是邁出了一小步，開發利用其資源的嘗試也如萌芽初綻。
與山川河流、土地礦藏等我們熟悉的地球資源相比，太空資源有自己的特性：它就在那裏，誰去了，誰就可以利用；但它帶不回來，去不了，就用不了。太空中比較典型的已知資源包括：
——高度資源。站得高看得遠，通信衛星和遙感衛星佔據一定高度，就可以獲得對地位置優勢，&&地面無法建立通信的地方，拍攝下地面看不到的場景。
——觀天條件。太空中沒有地球大氣對光線的干擾，也沒有地球磁場對宇宙射線的影響。我們甚至可以通過軌道設計來規避極微小因素對觀測裝置的干擾，比如韋布望遠鏡以日-地引力平衡的拉格朗日2點作為工作地點，以150萬公里的距離躲開了地球熱輻射和“灰塵”（逃逸的空氣分子和星際塵埃）的影響。這些條件是無法在地面獲得的。
——宇宙環境。身處地球大氣和磁場保護層之外的太空，可以直接獲取真實的宇宙環境因素。在宇宙中研究宇宙，正如在海洋中研究海洋。
——長期、持續的微重力。微重力是軌道飛行天然可以獲得的資源，而地面通過落塔試驗或拋物線飛行只能帶來數秒鐘到幾分鐘的微重力。
——可開採利用的資源與能源。近的，有不受大氣損耗影響的太陽能；遠的，有月球、小行星以及今後人類能力可及的星體上的“礦藏”。
這些空間資源都是開放式的，由全人類所共享。但事實上，誰有能力去那裏，誰就有、且才有機會“享”；可共享的往往只是資源加工、改造後的成果，而不是資源本身。即便是那些理論上可以帶回來的極少數資源——遙遠的外星礦藏、或離得近且短期就可能用得上的空間太陽能，“帶回來”的成本目前都是不可接受的，就地取材、原位利用則更為現實。
潛在寶庫、明日領地、探索前沿，空間資源的想象空間漫無邊界。然而，怎樣開發利用這些資源？如果沒有進入和常駐太空的能力，一切都是空談。
▲到小行星採礦並帶回地球的想法目前仍是幻想（圖源：Detlev van Ravenswaay/Science Photo Library）
（二）航天構建資源利用工具
開發利用空間資源的高門檻並未讓人類望而卻步。因為，我們有能力創造和升級通往空間資源的工具。
萬千年來，工具的使用提升了人類生産力，積累了知識和技術，推動了社會結構的變遷，拓展了我們的認知邊界。在地球文明試圖認識和利用地外資源的過程中，工具從“立竿見影”觀測太陽的小木桿、在地面捕捉天體信息的天文望遠鏡進化至飛出大氣層的航天器，讓人類終於擁有了古老傳説中的“順風耳”、“千里眼”。
利用外層空間有利條件解決不同問題，航天器工具大體上可以分為以下幾類：
第一類，解決地球上的問題。當前廣泛應用的通信、導航、遙感系列人造地球衛星都屬此類。已部署超過5000顆的星鏈衛星相當於將網絡基站搬到了太空中，克服了地形地物障礙，獲得了全球無死角應用的便利。
第二類，探索地球之外的世界。各種行星探測器、小行星探測器、暗物質探測裝置等，將我們手中的觀測工具延伸到了距離觀測目標更近的地方。例如哈勃和韋布望遠鏡，將人類的觀測視野拓展到百億光年之遙，讓我們看到了亙古的宇宙。
第三類，讓人置身於太空現場去研究、體驗太空，同時研究太空中的人。這是載人航天器的基礎任務，身在其中的人既是研究的主體也是客體。
對地、對天、對人，航天器三大功能。具備載人能力的航天器一定是有足夠空間和體量的，它們往往兼顧三者的工具效用。國際空間站搭載了尋找暗物質的阿爾法磁譜儀（AMS）等觀天儀器，俄羅斯的下一代空間站採用了極地軌道，以兼顧觀測關乎其地緣政治重大利益的地球北極和高緯度地區。
中國空間站也是這樣一種多功能工具。與無人飛行器相比，它把使用工具的主體從地球帶上太空，將不得已而為之的遠程控制工具變為直接、高效的現場操作工具。與執行短期任務的載人飛船相比，長期繞地飛行、支持人員常駐的空間站進一步放大了人在現場的效益，人與工具的關係更加緊密，人與工具的相互促進更加活躍。
有了空間站，我們就有了人在現場開發利用空間資源的基礎&&。正如火的使用催生了地球上的農業畜牧業，空間站的運行又將見證什麼樣的新發現？
▲詹姆斯·韋布望遠鏡讓我們看到了更遙遠的星系（圖源：NASA）
（三）空間站開啟近地資源利用
支持航天員現場探索近地空間並開發利用其資源，為天宮空間站的大器大任。作為國家太空實驗室的日常工作，站上所開展的科學和技術探索研究項目是與近地資源特徵相契合、與應用技術需求相匹配而做出的選擇。
根據2023年8月載人航天工程辦公室在空間應用與發展情況介紹會上公布的信息，我國空間站已在軌開展多個研究項目並取得階段性應用成果。它們都充分利用了空間站在近地軌道上所獲得的空間資源：
在空間生命科學領域，開展了水稻的全壽命周期培養實驗，對其在太空微重力及輻射環境下功能基因調控進行了研究。
在航天醫學實驗領域，開展了長期航天飛行條件下失重、輻射等複合因素對航天員健康、行為與能力的影響機理探索，在人體心血管、骨骼等方面獲得了新發現，發展了航天員健康維護的新方法和新技術。
在空間科學領域，利用微重力環境開展了空間材料科學實驗和流體物理及燃燒等基礎科學的研究。
在空間新技術領域，對高效熱電轉換裝置和導電環磨屑遷移進行了試驗。這些裝置及其運行機理都對重力敏感，在地面環境下無法獲得在軌工作的真實狀態。空間站成為消除天地差異的試驗&&，站上進行的技術試驗成果是載人月球探測等未來航天任務和深空探測的基礎。
特別值得一提的是，這些研究項目通過載人飛船下行返回了近300個實驗樣品。這正是載人航天的有利條件之一：飛行乘組中的載荷專家能在空間站上實施、參與實驗，地面眾多專業研究人員也能依託比站上更複雜、更豐富的專業設備對天上獲得的樣品進行更加深入的研究；位於開發利用空間資源前沿陣地的為航天員，從事這項工作的是一個更大群體，惠及面自然更廣。
天宮空間站上的一切皆為中國人新篇。在利用空間資源的領域我們為後來者， 於未知中勇往，在探索中嘗試。空間站，就是奇蹟生長的原點。
▲中國空間站無容器材料實驗櫃中的殼/核型樣品熔化實驗（圖源：中國載人航天）
（四）應用效益源自航天器設計
近地空間資源並非唾手可得，開發利用它的方式和結果是通過航天器的設計來實現的。作為長期載人飛行的&&，天宮空間站配置了幾類實（試）驗裝置，以保障各類研究項目的開展和人在現場作用的充分發揮。
艙內實（試）驗裝置包括：
——專用實驗機櫃。利用空間站的大容量，以約1m × 2m × 1.5m體積和約400kg重量的規格為一個單元配置整體機櫃，相當於在國家太空實驗室內又構建了多個小型綜合實驗室。航天員可設置、更換試驗件或樣品，觀測分析實驗過程，調整實驗參數。同一個機櫃可更替樣品，以開展同類專業實驗。
——通用實驗櫃+載荷抽屜。以專用機櫃同等大小的空間配置通用框架和標準化的抽屜，框架統一提供機電熱接口，以一個或若干個抽屜單元安裝載荷設備。這種配置下，單項實驗載荷所獲得的資源較小，但好處是標準化抽屜可以整體更換，即同一套保障設備（一個通用櫃）可以分期分批支持不同類型的實驗項目，從而實現資源的滾動利用。對於實驗時間有限的眾多項目，這種方式十分高效，人在現場也很容易完成抽屜的更替。
艙外實（試）驗裝置包括：
——標準載荷適配器。基於標準化的接口，以主被動適配器的形式為載荷提供安裝、信息、供電和散熱接口。一套適配器類似一對小型對接機構，空間站艙壁安裝適配器的被動端，內含電纜和光纖接插件和熱控流體回路的斷接器；載荷上安裝適配器的主動端，在機械臂的輔助下通過主動鎖緊機構與被動端鎖緊，連通信息、供電與散熱回路，實驗結束後解鎖分離。適配器按其支持載荷的尺寸、功耗和散熱需求形成標準系列，站上的被動端資源則可以實現通用化和輪換使用，讓利用效益最大化。
簡單地説，空間站外壁分佈了各種大小的標準插座，實驗載荷根據需要配相應插頭，誰做實驗就插在分配的插座上，實驗完成後騰出插座給後續實驗使用。只要配上標準插頭，不同國家、不同單位、不同專業均可利用空間站資源開展實驗。
這個過程中，機械臂負責插拔，航天員參與機械臂操作並隨後在艙內監控實驗。有了人的現場工作，載荷可以在艙內完成設置和測試後再出艙安裝，可以在軌組裝、調整以適應不同插座，可以在實驗結束被機械臂取回艙內並由航天員取下並更換樣品，還能在裝置出現問題時由航天員在艙內維修維護。人的直接參與大大提高了實驗工作的可靠性與靈活性。
——定制安裝&&。對少數有特殊要求和需要長期開展實驗的艙外載荷，可以不使用標準適配器，而是專門為其設置安裝接口。火箭整流罩容納得下的小尺寸載荷可在地面安裝，隨空間站艙段發射入軌。大尺寸或對振動敏感的載荷可由航天員出艙安裝，在軌完成機械固定、線纜連接等工作，這就解決了它們的發射上行難題；而且，只要預留標準的螺釘孔和電氣接插件，就可以在空間站運營期間接納新研載荷。因此，載荷安裝因為人在站上而有了多種選擇。
——擴展載荷挂點。對於更大型載荷，空間站艙外預先配置了專門的安裝挂點，機械臂抓持載荷並安裝到挂點上，航天員出艙輔助操作。
——微納衛星釋放。天宮空間站配有小衛星和立方星釋放裝置，由機械臂抓持出貨物氣閘艙並釋放。釋放前，航天員可在艙內根據任務需求選擇、組裝相應部件並完成測試和設置。人的現場決策優勢與小衛星的模塊化特色疊加，幾乎是把衛星工廠開到了天上。
從艙內到艙外，天宮空間站為實驗載荷配備各種通用或專用的裝置，同時提供機、電、熱、信息、排氣等保障條件，由站上計算機自動、地面遙控或航天員手動控制實現。航天員現場手控特別適用於充放氣、艙外真空排氣等操作，不僅便捷，而且可以通過在氣路管路上串聯手動閥等措施增加安全保障。
▲天宮空間站上的航天基礎試驗機櫃（圖源：中國載人航天）
（五）工作模式強化任務目標
有的放矢地“利其器”，就能更好地“善其事”。而後者的工作機制同樣是瞄準高效利用空間資源來規劃的，比如人機協同的實施。
在協同最有成效的機械臂應用中，機械臂極大提升了航天員在艙外的活動能力和安全性，並能輔助開展大型載荷的安裝和維護等操作。航天員不再需要將寶貴的體力和時間用於身體控制，而是可以專注於必須由人完成的精準操作。人機配合可勝任更大、更難的工作，比如大型機構的展開。為進一步支持航天員主觀能動性的有效發揮、更廣泛地開展高效人機協同模式探索，後續還可以研發空間智能機器人，配合、輔助航天員開展艙內外作業。
值得一提的是倣人機器人及“化身+學習”工作模式。倣人機器人並不是簡單的“長得像人”，而是要統一人機操作界面，讓人進行的工作和使用的工具也適用機器人。“化身”模式是指人的操作通過動作採集和工具上的傳感器等獲取的信息同步給機器人，讓其複製同樣的動作和操作。這種模式單獨使用時，就像《流浪地球II》中遙控操作水下機器人的場景；“化身”模式與機器學習結合併經過若干任務專家的若干次專業操作訓練後，機器人的自主操作能力可能超過任何一個專家，人機協同將更接近人與人的協同，不同環境和現場的分工合作（如人在站內、機器在站外）將産生更高效更安全的工作方式。
開發利用空間資源的目標貫穿於天宮空間站的設備設施配置和人機工作設計。實際上，在更高的系統級設計層面，我國載人航天一系列宏觀規劃同樣服務於空間資源主題。
例如，常態化載人飛行任務決定了貨船與載人飛船的定期往返，而載荷裝置、實驗樣品、備品備件同樣也可利用這些“航班”實現科學實驗的持續滾動開展及升級換代、維修維護；另一類特別的科學應用——太空授課和青少年在軌實驗設計，則大幅拓寬了公眾參與空間資源應用的路徑。
載人航天是我國系統最複雜、技術難度最大的航天工程，對太空資源的孜孜以求為其重要的內在邏輯。它是空間站現實價值的體現，也閃爍着人類生存發展的理想之光。
▲機械臂與神舟十七號航天員協同執行出艙任務（圖源：中國載人航天）
（六）在軌工具的進化與孵化
人類文明前行之路是發明、使用工具之路，工具進化的歷史是用工具製造新工具的歷史，就像原始的銅鐵器步步發展為機械工具，工業機器人被用於輔助製造汽車飛機。
作為另一項系統級設計，天宮空間站不僅是載人&&，也是在軌維護工具的太空母港和製造新工具的太空工廠。
長期運行且始終有人的天宮空間站被設計為一個太空母港，可為停靠其上的外來飛行器提供維護保障。未來發射的巡天空間望遠鏡大部分時間獨立飛行開展天文觀測，定期或視情停靠天宮空間站，由其補加推進劑或對設備實施維護、升級、維修。更多航天器將採取這種與天宮空間站共軌飛行的方式接受在軌服務，空間站就是在軌道上維護其他工具飛行器的工具。
利用有人參與的優勢，天宮空間站還可在軌進行空間天線、空間望遠鏡等大型航天器的組裝建造，解決其展開機構複雜、在軌部署困難的問題。在機械臂工作與航天員精細操作的協同配合下，空間站將迎來在軌製造新工具飛行器的新任務。
石器時代以來的人類工具進化之路上，這或將成為又一里程碑。
▲巡天空間望遠鏡將以空間站為“太空母港”進行維護維修（圖源：中國空間站工程巡天望遠鏡科學工作聯合中心）
（七）下一站工具：月球
從地球文明走向太空文明，飛天重器與宇宙天體都是人類的輿馬與舟楫。比如，距離我們最近的月球。
月球儲有地球上沒有或稀有、且可能被人類利用的資源，月球及其所處空間具備地外星球和深空的典型特徵，月球與地球的距離使它成為人類基於現有科技水平可望而又可及的目的地。以更廣義的視角看月球，它是我們理解深空、試驗新技術、開發星際“移民”能力的演習場，是我們抵達更深遠宇宙的工具。
在現代科技、特別是新一代AI技術的幫助下，用無人探測器和機器人開展月球探索活動具有經濟性和安全性。無人活動不涉及人的生命安全，所需運載能力、軌道轉移和月面運動能力也相對較小，這就決定了它們可以比人更早、更多地被送上月球工作。
那麼，還需要派人去月球嗎？答案是肯定的。如同空間站構築了人在近地空間利用資源的&&，載人登月是我們獲取深空更廣袤資源的必需。
儘管送人上月球並保障其工作的代價高昂，有人參與的月面工作能力是超強的，專業人員現場分析、判斷和視機處置能力是無可替代的。從技術角度看，載人探測的本質是以保障人相關的技術難度為代價獲得人在現場的優勢，換取探測設備的簡單化和探測能力與效率的大幅提升。
以月面採樣為例。1969年至1972年，6艘阿波羅飛船的航天員在月球上共停留了近280小時，帶回岩石樣品約385千克。1972年12月的阿波羅17號任務，兩名航天員在三次總計時間僅22小時的月面活動中，乘月球車在陶拉斯-利特羅（Taurus-Littrow）山谷行駛34公里，發現了橘紅色的泥土，收集了111千克的月球岩石標本，並將一套完整的科學儀器留在月球表面。尤其令人印象深刻的是登月艙駕駛員、地質學家H·H·施密特，手持鑽機在月球表面鑽了3個深度為2.5～3米的鑽孔。其中兩個鑽孔內安裝了測熱探頭進行月球熱流量探測，另一個鑽孔獲取了土樣和岩心。假如沒有人的參與，50年前這些成果所代表的地外星球現場勘測能力，以當今的智能和自動化設備也極難達到。
科研探測和資源開發的能力不能簡單量化，載荷、設備重量更不足以成為衡量指標。月球探測踏上載人&階之後，技術途徑完全改變，為載人付出的重量等資源代價也由量變産生了質變，並因此承載了人在現場更為長遠的價值：
——“大腦”前移。探測裝置和開發工具送上月球，等同於人的四肢和感官被強化並延伸至工作現場；人在月球，則意味着作為指揮和控制中樞的“大腦”前移至現場或相對而言極為接近現場的地方。航天員在這裡管理各種設備、指揮無人探測器和機器人、開展人機聯合作業，遠比人在地球遙控的工作模式效率高得多。
——大規模勘探開發的可靠性有了保障。設備都有其固有的可靠性，數量足夠多時就可能發生各種故障與異常，因此需要以設備冗余、自動處置等方式保持隨時檢查維修的能力。如上節所述，為保障少數人在月球工作所付出的代價需要與運輸代價、技術難度等因素權衡，或得不償失，或難以抉擇。然而，當系統規模大到一定程度，兩相權衡的臨界點將被跨越。也就是説，月球活動規模足夠大時，通過人在現場來保證龐大系統可靠運行是必須的，也是合理的。正如人與空間站之間的相輔相成，人與月球探測系統也將構成互為保障、相互提升的正向關係。
——月球上將造出新的工具。工具取代人的部分勞動，被解放出來的人就可以騰出精力和資源去從事其他待探索的工作，可以利用新的資源創造更強大的、適用於新環境新需求的新工具。這一被地球歷史實踐證明了的規律，在月球上同樣有效。比如，六分之一地球重力和無大氣的環境中，設計、建造並應用電磁質量加速器這類不同於傳統火箭的星際飛行工具就可能由設想變為現實。
最重要的是，有人存在，才能真正宣示存在。從過去、現在到將來，從陸地、海洋到太空，這是跨越時間與空間的真理。
▲設想中在月球上建造的電磁質量加速器（圖源：NASA/Wikipedia）
（八）人的存在讓一切有意義
更好地探索和開發利用空間資源以滿足生存發展的需要，是我們開展航天活動的初心。工具的使用讓這一切變得可能，人的存在讓工具有了意義。
在宇宙資源浩浩蕩蕩的星辰&&&，距離地球僅400公里的載人空間站如一葉初離海岸的小舟，人類在船上認識大海，學習航海，並開始試着將海的蘊藏為己所用。月球則是第一個與我們相遇的島嶼。我們將登陸、留駐、探索、研究，努力造出駛向更遠處的更大的船。
赫胥黎百年前的箴言猶在耳邊：“已知是有限的，未知是無限的。無邊無際、神秘莫測的海洋中，我們站在了一個小島上。繼續開拓是每一代人的責任。”
▲我國實現近地軌道人員常駐（圖源：中國載人航天）
監製：唐心怡
編輯：張琦
校對：崔祎璁
