走向第三维 —— 从无人机到微纳星（1）   博客记事 2017 7月17日 北京 阴 雨 

“人类今闹上太空”。

自50年代第一颗人造地球卫星上天，60多年来人类已经发射了数以千计的航天器。那些传统的空间大国（如美国）一直在极力维持他们的统治地位，而中国近年来也正在向着空间大国的目标迈进。我们熟知的嫦娥计划、神舟计划、北斗计划等都成为举世瞩目的航天活动。

人类为什么要进行外层空间的开发？

长远来说，人类开展空间开发活动的最终目的是探索、开拓人类的生存空间。

我们的地球已经有大约七十亿人口，本世纪某个时候就可能超过一百亿。地球上的资源有限，而且人类活动也正在不断影响、特别是恶化人类的生存环境。移民太空、开发外星资源也一直是人类的梦想。这是人类开展太空探索活动的深层动因。

另一个重要的科学目的是把空间作为重要的物理实验室，研究基础科学问题。

美国的第一颗人造卫星的主要任务就是探测地球空间的电磁辐射，并发现了著名的van Allen辐射带和各种太空声波（静电波）和低频、低速（远低于光速）的电磁波。2012年发射的两颗van Allen Probes卫星，则主要用于研究辐射带的物理性质。

空间科学研究真正走进经济社会发展和人们日常生活的重要方面，还是在“第三维”开展对地观测和科学研究。

地面上的地球科学研究基本可以看成是“二维”的。空间开发给我们提供了一个“第三维”的视角来研究很多重要的地球科学问题：比如地震前后的电离层扰动、空间遥感地球物理探测、空间卫星物探、及资源调查、气象科学研究，等等。

所以简单几个字概括，人类开展空间活动主要还是为了“走向第三维”。

我们人类在百万年计的历史长河中，一直是“二维人”，尽管我们生活在三维的空间。原因就是我们说过的：人类的活动受到重力的“约束”——因地球引力场的作用而被约束在地表的二维曲面上。

我们的祖先要摆脱引力的束缚，想跳起来——但是最多就是跳几尺高！对于地球表面的特征尺度（几万公里），这个用米来量度的特征尺度实在太小，只能忽略不计。

我们想飞起来！西昌的发射基地，入口处有世界历史上第一个飞天英雄——万户的纪念园，园里矗立着他的雕像。尽管他为此牺牲了生命，可是代表的人类走向第三维的追求，却传承下来。

人们首先发明了飞机。上世纪初（1903年），美国莱特兄弟制造的飞机在历史上第一次成功飞行，实现了人类“飞”起来的梦想。

但是即使是现代的飞机，高度的特征尺度也仅仅以10公里计。比起另外两维的上万公里，仍是可以近似忽略的。我们仍然是“准二维”的人。

对第三维的突破是1957年苏联发射的第一颗人造卫星，而真正意义上的“太空人”应该是1961年第一次进入太空的苏联宇航员加加林。尽管他乘坐的东方1号航天飞船的轨道高度只有300公里左右，但是视野可达几千公里，算得上“准三维”人。后来的登月，飞船的高度已经是几十个地球半径，远远超出了地表特征尺度，实现了真正的走进“第三维”。

但是卫星制造和发射一直以来都是非常奢侈的事情：经费动辄数以亿计。所以多服务于国家级的重大项目，很少有与具体的经济、社会、文化教育活动相关，更不用说像个人为做件事情准备捣鼓出点东西来做工具那样，专门做个卫星去照张地球的“定妆照”这样的事情。

但是，随着航天科技的发展，空间开发的开始更多地、更普及地用于各种商业和社会服务用途：特别是人们熟悉的各种地球轨道卫星的商业、社会服务应用——卫星电视、卫星电话、GPS、航拍、气象云图等。不过一个大国每年也只有十几次、几十次卫星发射，仍然很有限、花费也很昂贵。

我们要真正成为“三维人”，就应该是每个人都有是自己个人“三维化”的可能。

这有点遥远吧？

微纳星的出现，让这一天来到了我们的门口。