|
2015年，由杰夫·贝佐斯创立的蓝色起源航天公司成功把新雪帕德火箭通过亚轨道送入太空边缘（100千米的高空），并成功实现火箭回收。新雪帕德火箭的设计初衷是把旅客快速送至太空边缘，不过蓝色起源公司目前正在设计一种轨道范围更广的、可重复利用的新型运载火箭。所以世界上的确可能会出现各式各样的太空竞赛。与此同时，NASA自己的载人航天器（猎户座飞船）已经进入最终开发阶段，对新式超大型运载火箭“太空发射系统”的设计也即将完成（太空发射系统能够承受高达720万磅的推力，仅比土星5号稍低一点）。在猎户座飞船和太空发射系统的帮助下，NASA终于在1972年以后第一次获得了载人航天的能力。目前来看，人类已经准备好再一次探索茫茫宇宙了。不过这片海洋是如此之大，我们该去哪儿呢？在我们生活的太阳系中有很多潜在的目的地，不过只有一小部分处于我们的能力范围之内。让宇航员花上十几年的时间前往冥王星（只是单程）显然超出了我们的容忍度，更别提耗费8万年的时间去另一颗恒星了。因此，尽管把我们的涉足范围提升至太阳系以外的确是一个很有价值的目标，但我们还是得从更近的地方开始太空之旅。随着各个太空基地在地球之外被建立起来，我们有充足的动力改善技术、减少成本。设立太空定居点等商业举措将会一步一步地使航天工程变得更便宜、更简单。终有一天，航天飞行会变得和今天的空中旅程一样，不再让人望而生畏。 那么，地球周边最佳目的地到底是哪里呢？名单上最靠前的两个候选项便是月球和火星。其中月球虽然离地球更近，但它的长期潜力要逊色很多。虽然到月球只需几天的时间，到火星也不过几个月，但是火星和地球有很多相似之处，而月球相对而言则显得死气沉沉。月球基地的主要优势是供给方便，出了突发事件也更容易营救。月球上还可以进行一些比较实用的科学实验——阿波罗工程探索的面积只占月球表面很小的一部分，全部6个任务加在一起，在月表停留的时间也只有24小时。我们还可以在月球背面建造高灵敏度的射电望远镜，以便躲开人类生活所产生的射电干扰。人们之所以想要去月球，一个常见的原因就是人们可以利用月球冰层沉淀物合成出火箭推进剂，从而让月球变成一个巨型加油站。虽然这个想法有一定的可取之处，但月球不会凭空变成一个燃料仓库。人类发现的大多数冰层都处于难以接近的位置（比如月球极点），而且相关的加油和发射工作即便是在地球上操作，也难如登天，想要在缺乏基础设备的月球上做到这些更是天方夜谭。 在考虑目的地时，我们必须自问一个很重要的问题：我们想要实现什么目标？太空工程的目的不仅仅是到达太空边界，更是要穿越太空。除非是搞旅游业，否则仅仅为了在太空中飘浮就把人类送进轨道没有任何意义。我们建造船只，是为了穿越大海并传输人员、货物和思想。太空飞船也理应如此。既然月亮被当成了一个加油站，就说明我们只是把它看成一块垫脚石。不过，踩上这块石头之后，我们要去哪儿呢？答案显而易见：既要符合距离地球较近的要求，又要储存有各种资源以便人类能够永久生存下去，这样来看就只能是火星。从长远来看，我们当然更想前往其他星球，不过火星是检验人类是否能够成功实现地外生存的一个绝佳实验场所。火星是距离太阳第四近的行星，不过仍比地球到太阳的距离远上约50%，处于宜居带的外边缘。火星赤道温度介于68华氏度至零下94华氏度，虽然看上去很冷，但也没有冷到夸张，人们仍然可想办法住在可加热的建筑中，并穿上增压服进行探险工作。在赤道地区，火星受到的太阳辐射大约像斯堪的纳维亚半岛南部或阿拉斯加州受到的太阳辐射一样多。不过火星上大气极其稀薄，这意味着在同样的温度下，火星上流失的辐射量要远远小于地球。这种效应和冰与水对温度的影响很像：假如泰坦尼克号的乘客们掉入的是冷空气而不是冰水当中，他们的生存时间将会从几分钟变成几小时或几天。你可以穿着太空服在火星上惬意地走来走去，或许有一天——当火星被彻底“地球化”以后——太空服可以换成日常便服。与火星相比，月球没有大气层，引力也只有火星的一半（引力对人类的身体健康至关重要），拥有的资源数量也少得多。火星的陆地面积几乎和地球一样大。像地球一样，火星也会经历不同的季节，而一个火星年的长度大约是一个地球年的两倍。此外，火星的季节也比地球显著一些，因为火星的轴向倾斜度为25度，而地球的轴向倾斜度只有23.5度。一个火星日的长度只比一个地球日长一点点，约为24小时零39分钟，而这一点格外重要。因为这意味着，我们可以在火星温室中利用自然光种植植物。相比之下，月球上的植物会在长达14天的夜晚中死去（月球的昼夜循环长度为28个地球日）。火星大气的主要成分为二氧化碳，这对于植物的生长很重要，而且这些二氧化碳也可以被转换成氧气和甲烷成为火箭燃料。在火星丰富的资源当中，最值得关注的是它拥有丰富的水源。尽管在火星低温和低压的条件下，液态水很难长时间存于地表，但我们的探测器已经探测到，在火星地下也存在一定的水源。在未来的某一天，火星可能会变得和当年一样，布满了大大小小的湖泊和海洋。凭借着丰富的水源和种类繁多的自然元素，火星可以支撑起整个人类文明。前往火星的技术工程手段至少有三种。第一，我们可以发射多枚火箭，在地球轨道上组装一个或多个航天器，这些航天器将为往返火星任务提供全部补给。不过轨道组装技术存在很多问题。由于所有硬件设备都是在地球上历经多年才被设计建造出来的，一旦某一次发射失败，那么整个任务的时间表将被彻底打乱。此外，硬件设备在太空中停留过久也会引发很多问题，比如零件的可靠性会受到影响，火箭推进剂会因为沸腾或凝冻而白白损失。当年NASA的登月计划一开始也打算采用在地球轨道上组装大型飞行器的方式，不过这个方案很快就被“月球轨道交会”（凭借单枚土星5号火箭把所有硬件设备直接一起送上月球）取代了。考虑到阿波罗计划已经遭遇时间逾期和成本超支的影响，如果NASA在20世纪60年代还醉心于超大规模的轨道建设项目，那么肯尼迪总统绝不会把1970年设为前途难料的阿波罗计划的最后期限。尽管在轨道上组装巨型飞船前往火星的计划的确存在一定的可能性，但这种方法或许并不是最有效的。前往火星的第二种方案是一种极简主义法。一开始，我们需要向这颗火红的星球发射一系列尽可能小的火箭，并在火星上合成以供返程所需的甲烷-氧气燃料。在极简主义法中，我们希望能够在火星上生产尽可能多的物资，其中包括水、氧气、燃料等很多数目庞大的消耗品。火星上的“风化层”（火星土壤）既可以用作房屋表面的防辐射涂料，也可以制成砖块。基础模块将会预先在地球上建造完成，随后可以利用火星上的各种材料或者像熔岩管洞穴等现成的地质结构进行扩展。极简主义法很关键的一点就是利用一次或多次发射，在宇航员前往火星之前就预先放置好各种模块和补给品（无论对于哪种前往火星的方案来说，这都是一个很好的主意）。一旦储备充足的火星基地建设完毕，定居者就可以满怀信心地前往火星。因为他们知道，那些生活必需品已经在火星表面上等着他们了。 第三种方案是建造一个超大型火箭，该火箭可以在单次发射任务中携带一个大型星际航天器。为了把航天器的质量限制到切实可行的水平，我们可能有必要在航天器前往火星之前，先在地球轨道安排一次燃料补给。这样一来，我们就拥有了在地球和火星之间运载大量人员与物资的能力。此外，本方案也会在理想情况下采用极简主义方案的某些要素，比如在火星上生产甲烷-氧气燃料。2016年9月，埃隆·马斯克凭借星际运输系统揭示了该方法的基本架构。该系统由各种星际运输设备和依托于超大型火箭运载的加油机组成，每个部分都具备了可重复利用性（2018年11月，该系统中的航天器被命名为“星际飞船”，运载火箭则被命名为“超级重型”）。该系统计划于2019年进行小规模实验，而且从一开始就能实现大规模的火星定居。在这些科技发展的帮助下，我们可以想象在接下来的几十年中，人类为了实现殖民火星的目标会付出不懈的努力。本文摘自《人类的探索》 【内容简介】《人类的探索》以探索如何塑造今日文明并将如何改变人类未来为核心主线，用简短的篇幅描绘了宏大的人类历史进程，是一部具有启发性的探索编年史。 从走出非洲的第一次扩张，到地理大发现的全球大融合，再到科学时代对于太空、极地和海洋的探测，最后到星际移民以及元宇宙的可行性畅想。发现与冒险，财富与征服，偏见与宽容，这些正是本书要讲述的故事。 所有探索都是我们对未来的投资，如果不敢于探索未知的世界，一切就都不会有答案。 【作者简介】 安德鲁·雷德（Andrew Rader），麻省理工航空航天工程博士，曾任麻省理工学院调研工程师，现任SpaceX项目经理。 荣获探索频道（Discovery）“无所不知”大奖。知名播客Spellbound主理人，该播客涵盖从历史、科学到经济学一系列主题，深受欢迎。 【目录】序言 探索是我们对未来的投资
第一部分
最初的探索 从波利尼西亚人、埃及人、希腊人到古罗马帝国的衰亡，人类的第一次扩张告诉我们，要想保持繁荣，探索、贸易以及思想交流都至关重要。
第1章 走出摇篮
第2章 第一次探险
第3章 穿越海域
第4章 地中海贸易
第5章 古希腊的征程
第二部分
世界再发现 人类进入全球探索时代，从维京人的崛起到麦哲伦的环球探险，我们星球的大多数地方被连为一体，构成了现代全球体系。
第6章 北方的野蛮人
第7章 横跨地球
第8章 印度洋的荣光
第9章 统领世界的中国文明
第10章 欧洲贸易的海上通道
第11章 掠夺与黄金
第12章 新大陆
第三部分
现代世界的形成 从征服北极到奔向太空，科学让世界联系得比以往更紧密，也开启了人类探索故事的新篇章，等着我们去书写。
第13章 贸易帝国
第14章 地图上最后一块空白
第15章 勘探的科学
第16章 征服北极
第17章 奔向太空
第18章 太空竞赛
第19章 机器之心
第四部分
星际穿越 如今，人类来到了宇宙的十字路口，拥有了离开地球、移民太空的能力。也许在不远的未来，环境、人口和资源等问题的答案，就在浩瀚的宇宙之中。
第20章 太空基地
第21章 火星任务
第22章 宇宙旅行
第23章 星际移民的先驱者
第24章 外星生命
第25章 终极目的地
|
