人类宇宙探索的困难和挑战

　　【摘要】宇宙探索不仅推动了人类对宇宙的认识，扩大并深化了人类的认知对象，而且改变了人与宇宙的关系，革新了人的思维方式以及科学研究的方法，并进一步印证了世界的可知性。宇宙探索对科技、社会、生态均有积极影响。但需要注意的是，宇宙探索在给人类带来丰富认识和充沛资源的同时，其面临的困难和挑战也如影随形。对此，人类要给予更多的关注和极大的努力，树立国家利益与人类利益相协调的观念，推动构建人类命运共同体。

　　自古至今，人们对天文乃至宇宙的探索进程从未停歇：从仰望星空而自由“入坑”的古希腊哲学家泰勒斯，到文艺复兴时期以哥白尼、开普勒、牛顿等为代表的科学家对宇宙的探索认识；从工业时代光学成像、光谱学等技术的应用促进天体物理学的诞生，到20世纪初射电天文学的开创为当代宇宙学研究注入新的活力宇宙事物总是瞬息万变，人类认识与探索宇宙经历了漫长的过程、遭遇了非凡的困难和挑战，但这一历程也对科学技术和哲学发展乃至人类社会的进步产生了巨大影响。

　　如果说好奇心是人类认识宇宙的永恒动力，那么现实需求则是探索宇宙的第一动力。“太空探索与开发过程，是人类实现其自由价值的具体过程之一，既对扩展人类积极的物质生活摆脱消极的苦难生存具有巨大的价值，也是满足人类探索未知、欣赏自然之美等精神需要的最深远的无限资源，还是人类最终逃离最后毁灭的唯一希望所在。”人类之所以要开拓宇宙新空间，无非是因为生存需求与生存空间的不匹配性。与此同时，科学技术的迅猛发展为人类认识和探索地球、地球生命以及地球经济活动甚至是地球外围空间提供了相当充分的信息资源，这也就为人类探索宇宙提供了新的可能性。宇宙探索在给人类带来丰富认识和充沛资源的同时，其面临的困难和挑战也如影随形。

　　人类的宇宙探索历程从古至今不断突破与推进。古代的宇宙探秘缺乏工具，人们单凭肉眼对天空进行粗略观察，宇宙探索也就内化为神话，被人们用来寄托对美好生活的向往和崇高理想的信仰。中世纪以来，科学认识不断成熟，人们对宇宙的探索逐步加深，“地心说”“日心说”“星云假说”等不断被提出和革新。与此同时，宇宙探索的伦理性也日渐展露。现当代以来，社会生产力迅猛发展，电子计算机、遥感技术、材料技术等新技术层出不穷，促使人们对宇宙起源与演化、结构与属性的认识向数、理、化、天、地、生等基础科学方面延伸。

　　事实上，宇宙探索不仅推动了人类对宇宙的认识，扩大并深化了人类的认知对象，而且还改变了人与宇宙的关系，革新了人的思维方式以及科学研究的方法，并进一步印证了世界的可知性。总之，宇宙探索对科技、社会、生态均有积极影响。

　　首先，宇宙探索推动了人类对宇宙的认知进程，扩大了人类所能认识宇宙的时空范围，丰富了认知对象及认知方式。千年以前人类只能深入认识地球表面的事物，而现今人类可以身处地球之外去认识外层空间中的事物；宇宙探索改变了人与宇宙的关系，宇宙从原来只可以观察的对象变为更具象化的探究对象，这为地球哲学向宇宙哲学转变提供了可能性；宇宙探索的不断深入，还会带动科学技术的创新，提高基础科技水平，促进医学、农业、生物学等领域的深层次发展；宇宙探索拓展了科学研究方法，从根本上改变了人类进行科学研究的方式，特别是系统科学研究方法的开创，把天、地、人、生物、航天器作为一个系统整体来研究，这是方上的一个重大突破和革新。

　　其次，宇宙探索能够带动社会相关产业的不断革新发展，促进全球经济发展、合作，并在以科技为依托不断探索宇宙的过程中发展探索真理、不畏艰险的人类伦理精神。哥白尼冲破万难提出了“日心说”。正是“日心说”的创立，使自然科学正式成为一门独立学科。虽然人类早已知道地球与太阳都不是宇宙的中心，但我们必须认识到今天人类对宇宙的所有了解，都是来自于前人的不断求知与探索，来自于人类的不断试错。将理论探析与实践观察相结合，进一步感知宇宙未知文明，在宇宙探索中形成可贵的人文精神，能够为人类认知领域注入新的精神力量。

　　最后，宇宙探索能够在一定程度上减轻地球资源压力，从根本上增强人类发展的可持续性。随着科技的高速发展，人类急需解决资源短缺和环境恶化这两大难题。面对已经遭到破坏与浪费的地球环境和资源，宇宙空间的开发逐渐成为新出路。探索宇宙可以缓解资源短缺与环境恶化现状：地球可容纳的人口是有限的，但是人口增长趋势却是正向的，这样的现状促使人类在宇宙探索中寻找新的空间，从而在空间层面减轻人口剧增带来的压力；另外，出于地质方面的考虑，人类不得不对突如其来的天灾加以防范，有效解决地球现存问题以及未来可能面临的危险。

　　不可否认，当前宇宙探索存在着一些问题、困难以及挑战。所谓宇宙探索的问题，是指宇宙探索中人类所面对的现实缺陷和亟待解决的任务课题，需要人类尽快提出相应的解决方案并加以落实。例如，科技方面，宇宙的未知性和认识工具相对落后的问题；社会方面，有关宇宙探索各个利益体的经济基础、制度和意识形态差异问题；生态方面，宇宙污染、空间资源有限等问题。所谓宇宙探索的困难，是指人类在探索宇宙未知领域或者解决复杂问题过程中遇到的具体障碍。它一般是由匮乏的具体宇宙理论知识、有限的科学技术手段、错综复杂的现存利益冲突关系导致的。这种困难会不断被克服，但又会不断出现，只能通过人类代际传递逐步加以攻克。例如，科技方面，动力能源理论科学和实践技术方面难以取得突破性进展；社会方面，由于探索成本过高而导致探索主体单一，容易产生宇宙资源归属问题；生态方面，对于太空垃圾、空间碎片等的处理仍然没有一个合适合理的方法。所谓宇宙探索的挑战，是指未来宇宙探索过程中可以预见的、无法避免的、就目前而言有待突破解决的瓶颈。例如，科技方面，自然科学和技术的代际更新挑战；社会方面，宇宙资源的划分问题、国家利益和人类整体利益的矛盾问题以及可能发生的“殖民化”问题；生态方面，共同治理机制的相关问题。

　　宇宙探索首先面临科学和技术层面的问题。科学方面，要对宇宙有特定认识。人类作为认知主体，对宇宙的认识是通过直接或者间接经验逐步形成的，但在这个过程中总是存在着以当前的认知水平无法认识的知识盲区和发生认知偏差的部分。技术方面，要具备特定的探索手段和设备。研发这类设备对自然科学知识和物质基础有较高的要求，并不是任意一个人或者国家可以做到的。

　　不可否认，受国家经济基础、制度和意识形态差异的影响，当前的宇宙探索已经出现了一些问题。一方面，个别国家将霸权主义的势力范围扩展至外层空间，凭借成熟的科技手段和扎实的经济实力获得了利用稀缺资源的先机，而其他国家很难在相同的时间内达到发达国家对宇宙的开发利用水平，从而可能会引发宇宙资源无法公平利用的问题。另一方面，如果完全按照平均分配的原则来开发和利用宇宙资源，虽然表面上是对发展中国家利益的维护，但实际上是对宇宙资源（在时效性上）的一种浪费，并不符合全人类共同利益。

　　宇宙探索带来的太空污染问题也不容小觑。宇宙探索在地球自然灾害预警和地球全面监测过程中起到了举足轻重的作用，但同时也给地球、近地空间和太空带来了环境污染问题，比如电磁污染、光污染等。值得关注的是，空间碎片在爆炸或碰撞后被遗留在行星轨道上，非常容易与各星体、空间物体发生碰撞，形成对行星尤其是地球的安全威胁。根据美国国家航空航天局轨道碎片项目办公室的报告，早在2018年，近地太空中卫星碎片和火箭残骸的总数已经达到14357个。美国空间碎片研究专家唐纳德凯斯勒的研究结果表明，按照目前太空碎片的增长速度估算，如果不采取任何措施，再过70年左右，太空中的碎片数量将达到发生碎片链式撞击效应的临界值，之后近地空间将无法使用。

　　宇宙探索之所以存在问题，既是由科技发展的时代局限所引起的，也是因为各种社会阻碍因素制约而形成的。从科技发展局限看，从人类开启宇航时代至今，科学技术的发展虽然很快，但宇宙是无限的，未知的风险仍会伴随着每一次探索。从社会阻碍因素看，经济结构和价值观影响不容忽视。譬如，《关于各国探索和利用包括月球和其他天体在内外层空间活动的原则条约》规定，“探索和利用外层空间（包括月球和其他天体），应为所有国家谋福利和利益，而无论其经济或科学发展程度如何，并应成为全人类的开发范围”。但显然，这一规定并没有真正起到约束作用，个别国家仍然是“宇宙殖民者”，在抢占有限宇宙资源的同时，也霸占属于其他国家的既得利益。从生态层面看，太空污染问题的日渐加重愈发体现了人类环保意识的局限性。

　　要解决上述问题，要树立国家利益与人类利益相协调的观念，推动构建人类命运共同体。其一，以宇宙探索为目标主体，构建合理的宇宙探索理念。这要求人类社会努力转变发展意识，构建符合全人类利益的宇宙探索理念。其二，努力发展宇航科学和技术活动。只有不断提升科学和技术水平，才能有效解决宇宙探索中的困难和挑战，更好为人类利益服务。其三，摒弃人类中心主义、地球中心主义等狭隘观念，在保证后代人宇宙资源的基础上继续探索宇宙。

　　一是科学技术攻关难度大。第三次工业以后，科学技术的发展遇到了瓶颈。以往的经验知识确实给人类认识未知宇宙奠定了比较坚实的基础，但需要注意的是，我们认识的客体是浩瀚无穷的宇宙，人类目前掌握的信息还不足以支撑我们深层次挖掘宇宙的秘密。人类宇宙探索遭遇困难，在理论科学方面表现为：缺乏对宇宙的突破性认识，缺乏具有方向性指导的前沿信息，困扰人类已久的科技难题仍未得到很好地解决。并且深层次的探索需要多学科环环相扣、齐头并进、共同深入，这无疑是一个不小的挑战。

　　二是容易受经济目的、目的影响。其一，宇宙探索耗费的科技成本极大。冷战时期，美国耗费约250亿美元的“阿波罗计划”在当时没有为其产生直接的经济收益。其二，力量大举“进攻”，一些国家甚至意图独占宇宙资源。一方面，空间科技资源如地球轨道、无线电波频率等在时空上都具有单一性且只能供一方使用；另一方面，星体资源如月球等自然星体存在着所有权争议。随着人类探索宇宙进程的不断推进，宇宙资源到底是“先到先得”还是“人类共享”，已经成为一大棘手难题。

　　三是太空污染问题不易解决。新型人类中心主义不再强调以牺牲地球自然资源发展自身，开始强调自然和社会的交互作用。当前，在缺乏充分宇宙生态认知和宇宙探索监督规范的情况下，各国如何权衡推进宇宙探索和保护宇宙环境的关系，尤为重要。一旦太空垃圾积攒到一定数量且运行到地球附近时，人类将可能停止一切宇航活动；对于不同利益体下的空间碎片发生碰撞后，究竟归属于国际纠纷事件还是单纯划分为生态问题，也尚无定论。

　　如前所述，宇宙作为人类认识客体具有显著的复杂性特征，人类目前为止还没有能力全面深入地认识自己的生存家园地球，更何况比地球复杂万倍的宇宙。作为认识和实践工具的科技发展受到一系列因素的影响与制约。一方面，自然科学和技术工艺水平的巨大飞跃，要求参与宇宙探索的全部学科共同前进（需要人类社会各方面的共同努力以及时代人才的不断涌现），具有非常大的难度；另一方面，生产制造宇航器等先进宇宙交通工具所需的“高精尖”原料极其珍贵，并不易得。此外，需要指出的是，并不是所有的利益主体和集团都无条件支持宇宙探索事业，有的甚至会以各种理由阻碍相关的科技发展。

　　缺乏有效的全球监督管理机制，是人类宇宙探索遭遇困难的原因之一。现存的宇宙管理机构虽然对于人类宇宙探索事务进行了部分管理与规定，但由于各个组织所覆盖的深度与广度有限，因而对于现存的宇宙探索问题并不具备全面深刻处理的条件与权利，这也使得现存国际组织无法发挥真正的效用。同时，人们对于宇宙生态规律的认识以及当前的生态技术能力尚且存在不足。一方面，宇宙空间尺度无限，其生态规律的复杂性远远超越地球生态系统的复杂性，需要人们付出极大努力去认识和适应。另一方面，各个利益主体探索宇宙的根本目的是利益。宇航活动成本高昂、回报微薄，如果为了回收太空垃圾而调整飞行器的相关轨道、额外设置相关功能，经济收益更难以保证。

　　对于宇宙探索过程中面临的具体困难，人类需要给予更多的关注和极大的努力，逐步进行解决。其一，在适当的条件下，各国通力合作开展宇宙探索科技攻关。各国可以互通宇宙探索信息与技术，开展更多航天科技合作。同时，可以鼓励科技创新，培养更多科技人才。其二，应致力于构建良性竞争意识。各国应明确共同发展理念，建立健全相关制度、机构。要在竞争中求合作，在合作中谋共赢。其三，禁止破坏太空环境原有生态平衡的行为。目前一些国家正在密切跟踪宇宙垃圾并研究其运行轨道，以保证飞行器免遭这些垃圾的威胁。

　　一是科学技术领域存在许多挑战。首先，宇宙探索本就充满挫折，人类要实现光速航行、可控曲率航行等，才能做到探索太阳系和临近星系。并且又有研究表明多重宇宙的存在。如此一来，人类宇宙探索的难度又陡然上升。其次，科技发展的速度很难跟上宇宙更新的频率，且人类目前对于宇宙的认识相当大一部分是出于自身的主观认识，在一定认知范围内遵循“提出猜想利用科技设备观察检测观察结果与猜测符合”这一逻辑进行。该过程本身就充满了不确定性。设备观测范围以外的情况如何，非观测日期情况如何等，未知性极大（这涉及到的是未来科技发展走向的问题）。最后，未来社会的科技是否符合人类社会伦理要求。如果科技已经成为毫无伦理价值的工具，那么探索宇宙也就没有任何意义了。

　　二是社会领域存在许多挑战。这里特别突出强调的是未来世界各国制度理念的冲突和利益调和情况未知带来的多重挑战。一旦地球资源消耗殆尽，尚且没有能力开发宇宙资源的利益个体该如何自处，宇宙资源划分归属问题成为不可回避的重要问题；相应地，国家利益和人类利益之争一旦失衡，就会引发全球战争，造成国家和人类的伤亡，或者出现某种程度的“宇宙殖民化”，如何保证在开拓宇宙空间的同时杜绝地球殖民史重演？

　　三是生态领域存在许多挑战。人类绝不会停止宇宙探索，那么其所带来的生态问题就会一直存在。诸如如何更好地解决空间碎片问题，如何将宇宙生态污染预防转为预防加有效治理，如何针对常态化生态问题建立相应的责任分治制度和监督约束机制，生态治理机制建立后能否充分发挥作用人类社会未来仍然面临很大的挑战。

　　综上所述，宇宙探索面临科技挑战的原因主要在于科技自身的代际更迭问题。其中一个重要维度就是能源的更替史。目前的宇宙科学和宇航技术要想突破瓶颈，需要能够提供持久动力的全新能源。宇宙探索面临社会挑战的原因主要在于规范和经验之间的鸿沟日益加剧。宇宙规范制度的欠缺限制了各国的合作，宇宙资源之争又加剧了各利益主体争端，导致宇宙探索规范与权力结构越来越难以匹配。宇宙探索面临生态挑战的原因主要在于科技水平和经济实力的不足。从太空垃圾的产生来讲，以目前的技术水平，星体和飞行器的碰撞爆炸是不可避免的。

　　作为人类最尖端的高科技活动，宇宙探索要确立一套科学合理的方法策略。一方面，要结合宇宙探索进展状况和现有科技、社会及生态活动方式进行方法开拓。其一，开拓应对宇宙探索的科技方法手段。宇宙探索最必不可少的就是宇宙科学和技术工艺，可以以现有方法为基础进行拓展。要紧密结合现有各种实证科学范式不断对宇宙探索的科学、技术、工程方法进行创新，并尝试解决宇宙探索重大理论和技术问题，不断积累经验；要重视相关学科建设，努力培养专业人才。其二，开拓应对宇宙探索的社会方法手段。在解决宇航资源分配不均和安全治理这两个难点的前提下，制定具备联合法律效力的宇航行为准则，是相对可行的办法。可以采用国际公认的准则，约束有关国家的宇宙探索行为，最终为形成有效的国际宇宙条约奠定基础。其三，开拓应对宇宙探索的生态方法手段。目前，应对太空垃圾最有效的方法是以预防为主：从根源上减少太空垃圾的产生；改进飞行器设计，防止其在运行过程中爆炸解体；优化飞行器远程遥控操纵，及时将失效的航天器送入“太空坟场”；积极监测正在运行的各类航天器，防止其在运行过程中产生碎片垃圾。

　　另一方面，推动宇宙探索各个层面活动方式实现协调合作。其一，实现宇宙探索活动方式规划协调。其二，实现宇宙探索活动方式整体机制协同。包括各基础学科相关领域的协调发展以及技术与工程科学的协调发展；宇宙探索与人文关怀的协调发展；等等。中国科学院和工程院院士、系统工程专家宋健强调航天宇宙探索中科技协同方法的重要性。他认为，各学科为航天提供知识基础和技术支撑；反过来，航天技术进步又推进基础科学发展；航天工作者与各基础学科建立协同关系，对未来发展十分重要。“中国航天之父”钱学森在《星际航行概论》一书中指出，星际航行技术有高度综合性，“几乎包括了所有现代科学技术的最新成就”，“星际航行技术的基础也还是众所周知的基础学科，如数学、物理、化学等”。其三，确立宇宙探索与社会各部分乃至全人类通力合作的方式。人类宇宙探索活动的不断发展，必须极力克服自然及科技上的鸿沟，也要突破思想及制度上的障碍，这就要求社会各方面乃至全人类的通力合作。总之，宇宙探索活动本质上是全人类共同的事业，需要各国共同努力、密切合作。

　　习总在党的二十大报告中强调，要加快建设航天强国。“人造太阳”持续“燃烧”，“羲和号”探日实现太阳探测零的突破，神舟十五号航天员乘组漫步太空，中国空间站全面建成后首次出舱活动成功不仅创造着新的历史，也激励着我们继续奋勇前行。星空浩渺无垠，探索永无止境。“敢于战胜一切艰难险阻，勇于攀登航天科技高峰，让中国人探索太空的脚步迈得更稳更远，早日实现建设航天强国的伟大梦想”，我们有这个信心和决心。

　　（作者为北京航空航天大学人文与社会科学高等研究院教授；北京航空航天大学人文与社会科学高等研究院硕士研究生李斯涵对本文亦有贡献）

　　⑥《中国“新太空计划”吸引国际关注！将着手组建近地小行星防御系统“保卫地球”》，新华网，2022年4月25日。