众所周知，人类探索航天的历程——特别是载人航天，经历了很长的一段发展历程。早在上世纪60年代人类就实现了载人登月。2004年,时任美国总统布什宣布“新太空计划”,重返月球是其中最重要的任务，计划在2024年前后要再次重返月球，并在未来的十年建立一个永久基地。

　　国际宇航联发布了一个全球探索的路线图，以月球为基地向火星进行探索。未来十年载人深空探测将是热点，包括能发射多次的无人探测器以及有人的探测器。

　　载人深空探索技术将呈爆炸式增长

　　我国深空探测和载人航天这两大领域合起来就是一个重大专项。载人航天工程经历了三步走的发展阶段，目前已经完成了第一步，即以杨利伟飞天为突破的和天地往返的运输技术。第二步是突破了出舱活动和空间交互对接等关键技术，目前正在做的是第三步，即载人空间站的研制以及发射任务。

　　我国在探月过程中发射了嫦娥一号至嫦娥四号，以及嫦娥五号飞行实验器。在此过程中取得了工程技术科学，人才培养和大量基础设施建设等多项成果。载人航天、探月工程以及无人深空探测，为将来的深空探测，以及载人的深空探测打下了坚实的基础。

　　去年，航天科技集团有限公司发布了年度社会责任报告，规划了从2020年到2045年的路线图，即在2020年发射天问一号探测器，2030年建立从火星和小行星采样返回，在2045年要在月球表面建立月球基地。

　　载人航天需要有氧气、水、食物以及合适的温湿度环境、相应的能源供应。载人登陆火星的发射成本相当高昂，初步核算，光是食品就差不多需要消耗40吨，发射的总重量将达500多吨。因此，降低或者摆脱地球的补给依赖是将来持续太空探索的基础，人类要想走得更远，就必须摆脱地球补给的依赖。

　　从技术层面上看，无人探测、近地轨道载人航天以及深空探测的载人探测，未来将呈爆炸式增长，所需要的覆盖性技术的延伸性会更广、更深。

　　人机联合探测技术

　　在众多的领域中，有四项关键技术值得关注——人机联合的探测技术、生物再生生保技术、原位资源的利用技术与行星环境的保护技术。

　　人机联合探测技术是指在载人深空探测中，由航天员遥控各种机器人，共同进行探测和作业任务，完成人、机无法单独完成的任务。人的特点是具有应对初发事件的灵感以及逻辑、归纳和能力，机器的特点是重复性、快速性和精准性。

　　人机结合就是要充分发挥人和机的能动性。在极不确定的环境下，要充分发挥人的作用，而在高度确定环境下机器人所发挥的作用是最大的。它的技术体系包括空间机器人技术、遥操作技术、人机交互技术、人机联合任务规划技术。

　　人机结合比较经典的案例之一，就是阿波罗系列登月行动。在人类刚刚登上月球时，基本上都是靠人徒步行走进行探测。而在阿波罗后续的任务中，就用月球车极大地拓展了人类活动的范围，探测取得了更多的成功。

　　当前空间机器人的发展方向，一个在国际空间站，一个是大型机械臂，以及人形的机器人、人机交互的机器人与虚拟现实的遥操作技术，通过虚拟现实可以遥操作舱外的一些机械臂和智能设备。另外，也可以通过虚拟现实技术进行航天员的训练。

　　空间机器人的未来发展方向，完全可以不做成人形机器人——因为将来月球车、火星车都可以实现自动驾驶。舱内辅助的机器人可以避免人发生操作性的错误，用脑机技术的可穿戴交互人机系统也正在研究。

　　生物式再生生保技术

　　第二项技术就是生物式的再生生保技术。载人航天必须解决人吃喝拉撒睡的问题，必须有生命保障系统。传统的生命保障系统经历了三代，一开始是所有的吃喝消耗品全由地面补给；后来发展至物理化学式的再生生保系统，也就是电解水制成氧气和氢气，把航天员排出的汗收集成冷凝水，然后再进行电解制氧，航天员排出来的尿液则提纯成水，但不饮用而是用于电解制氧，形成雾化再生生保；到了第三代，就是发展生物式的再生生保系统，人与植物共同形成闭合的循环生物链，实现氧气、水和食物的自补给的能力，所以就派生出生物学的生保系统。

　　国际上已经开展了一些研究，如美国的生物圈2号（Biosphere II），到最后因氧气供应不足所以失败。而我国最著名的实验是月宫一号，由北航研发。它首次构建了人、植物、动物和微生物的四个生物链环系统，开展了370天的实验，创造了世界上时间最长、闭合度最高的密闭生存实验纪录。

　　未来将从满足航天员一般性植物性的食物需求，发展到全部植物性需求和动物性食物需求，以及氧气、水、二氧化碳、生物的再生循环，还包括生物式的垃圾处理。

　　原位资源的利用

　　第三个技术就是原位资源的利用。人类要探索月球，将来还要走到更远的行星，这就面临着原位资源的利用问题。这包括在特定环境下，对物质资源进行探测、提取、转化和存储等物理和化学过程，还要保证这一过程的可控性和稳定性。即要利用外太空星座的资源，对其进行水的提取、氧的制备，如利用火星的大气层进行再生资源的利用等。这一技术体系中，包括了原位资源的勘测、开采、转换生产、储能发电、建造与制造。

　　原位资源利用是彻底颠覆太空探索的模式，它可以有效地减轻发射质量，降低成本与风险。2016年，中国科学院院士叶培建将原位资源利用列为载人升空探测优先发展领域；2020年NASA将原位资源利用列为探索目的地系统的首项技术。

　　技术测算显示，利用天外的天体资源进行推进剂的生产、氧气制备、水的提取，将大大地降低地球的依赖，甚至可以摆脱地球生存的依赖。

　　当前的技术状态方面，水资源的原位提取仍采用移动式水的提取技术。国际空间站上进行了二氧化碳的还原技术，利用二氧化碳还原重新制备氧气与水。未来的发展方向中，水资源的利用就是发展简单高效的钻取密封输运结构，还将引入太阳光进行水、冰的提取和制备等。

　　双向控制的行星保护技术

　　第四个方面的技术是行星保护技术。在地外天体探测当中，必须采取一定的预防和控制措施，避免地球和地外天体之间的交叉生物污染活动。主要包括两个方面，一方面避免地球物质污染其他地外天体。比如人类派无人探测器或载人探测器探索外太空行星时，不能把地球的污染带到外星球去。同时，如果从其他天体带回物质——比如嫦娥五号从月球带回两公斤的月壤，也必须要避免带回的样品对地球造成污染，这是一个双向的控制。

　　控制过程中的技术体系包括以下几个方面：一是控制好正向污染。发射到外太空的航天器，选材、生产、运输、发射、飞行这几个环节上都要采取防、控和灭的办法，给航天器研制带来很多颠覆性的变革；同样，在返回着陆样品的运输制备过程当中，要防止发生撞击造成污染扩散等情况。

　　其中涉及的颠覆性技术，无论是无人还是有人的深空探测，其主要科学目标就是探索地球的起源，以及生命的起源。在这一过程中，如果不做好行星保护，就有可能使地外天体探测走偏或者产生误导。探测目标天体要确保不受污染，而且带回来的样品也不能够有外来物种的侵袭，要控制好生物的安全风险。

　　我国发射的天问一号火星探测器，按照国际公约采取了全方位的行星保护技术。在我国的载人航天器中采取了全方位的微生物控制，在发射之前，舱内的空气都要全部进行置换，以保证纯净。包括人员、整个生产过程中的微生物防控都是全方位和全过程的。

　　另外，我们还开展了很多行星保护的宣传，参加了国际组织——如“欧洲地平线2020”计划，当时我作为中方负责人一起参加了这一国际合作。行星保护具有责任和义务的公约性，我们要充分参与国际合作。

　　在整个航天器的研制过程当中，要开发新的灭菌技术，其中包括过氧化氢等离子体、高效的检测技术等。在这些方面，我们都面临着很多问题和技术挑战。

　　要坚持独立自主研发路线

　　无论是无人的深空探测还是载人的深空探测，都面临着许多颠覆性的技术。我的第一个体会是这既是挑战也是机遇，可以根据我国国情来确定发展路线和技术路径。

　　第二个体会是技术融合，贯通发展。因为这些颠覆性的技术变革，可以有效地牵引人工智能、生物工程、电子信息、高端医疗等技术领域的发展。

　　第三个体会是技术落地的需求迫切，包括原位资源利用、人机联合探测等，这些颠覆性技术前沿性很强，但是成熟度不高，方案不确定性又大，需要提早进行谋划，超前布局、超前实施，以抢占深空探测的先机。

　　我有三点建议：第一，依托现有条件开展技术的先行实验。比如利用我国载人空间站，将一些深空探测的技术在空间站上先行进行技术验证；第二，建议制定顶层规划，发挥多学科的交叉融合的优势；第三，结合我国的国情，创新技术发展的思路。我们没必要跟着人家后面去跑，必须独立自主地研发自己的技术路线，创新自己的技术发展思路。

　　这一点我特别有体会，比如嫦娥四号月球探测器选择在月球背面着陆的技术路线，此前全球没有一个国家是在月球背面着陆的。这样一个大胆的尝试让我们取得了很多的成果，特别是还发射了在月球背面着陆的“鹊桥”中继卫星，把嫦娥四号的数据通过鹊桥传回到国内，属于全球首例。（根据“第二届未来技术与颠覆性创新国际大会”报告整理，未经报告人审核）