人类太空探索的六个难题

人类太空探索的六个难题 Last revision date: 13 December 2020.

人类太空探索的六个难题

人类起源于非洲。但人类并未留在那里。在数千年的时间里，人类的祖先走遍了这片大陆，然后便离开了。当来到海边时，他们建造船只并不远万里扬帆前往他们当时不可能知道是否存在的岛屿。为什么？

可能出于同样的原因，当人们抬头仰望月亮和繁星时，也会说同样的话：“那里有什么我们能去那里吗没准我们能去那里。”因为这就是人类做的事。

当然，太空对人类生命的危害要比海面大得多。逃脱地心引力需要付出比离岸远航多得多的努力和代价。不过，那些船已是当时的尖端技术。航海家们精心规划了他们昂贵且危险的旅程，其中不少的人为了发现地平线以外的世界而死于非命。那么，为什么还要继续下去呢？

想和你谈谈衍生技术，从简便的小产品到可能养活千百万人、防止致命事故或挽救伤患生命的发现，无所不有。

告诉你，不应该把所有鸡蛋都放在这个日益脆弱的篮子里。一次陨星大撞击，人类都将落得和非鸟类恐龙一个下场。另外，你注意到近来的天气了吗？

告诉你，齐心协力发展一项计划可能对人类是有益的。这项计划不涉及相互残杀，却涉及认识地球家园、人类在地球上生存的方式和对人类继续生存下去至关重要的东西。

把一切都告诉你：人类应该设法在地球以外的地方生活、建立空间站和月球基地以及在火星上修建城市和在木星的卫星上建造栖息地的所有原因，还有人类应该遥望太阳系以外的星球——如果能做到的话——并说“我们能去那里吗？没准我们能去那里”这样的话的所有原因。

文章称，这是一个庞大、危险并且可能无法实现的计划。但人类从未因此而停下拼搏的脚步。

雨果奖和星云奖双料获得者、《辅助正义》一书作者安·莱基曾说：人类诞生于地球。人类会留在这里吗？答案是否定的。

难题一：升空（地心引力的阻碍）

离开地球有点像离婚：你想要快点办完，束缚越少越好。但是强大的力量阻碍着你——说具体些就是地心引力。如果地球表面上的物体想要自由飞翔，需要以超过2.5万英里的时速发射升空。

这很需要魄力，看看要花的钱吧。仅发射“好奇”号火星探测器就花费了近两亿美元，约是项目总预算的十分之一，而维持生命所需的物质会使任何载人航天任务不堪重负。异金属合金和纤维布等复合材料可以减轻重量，再配上更高效的混合燃料，助推器将获得更大的动力。

但最终的省钱之道将是重复使用。美国航天局先进概念办公室技术助理莱斯·约翰逊说：“随着航天飞行的次数增多，规模经济问题开始引起注意。这是大幅削减成本的关键。”例如，太空探索技术公司的“猎鹰9”号火箭便是以反复发射为目的设计的。去太空的次数越多，就越便宜。

难题二：推进器（人类的飞船实在太慢了）

在太空中飞驰很容易。宇宙毕竟是真空的，没有什么能使人减速。但启动呢？这是个麻烦事。物体的质量越大，移动所需的力量也越大——而火箭就是某种庞然大物。化学推进剂作为初始推动力是很好的，但宝贵的煤油会在几分钟内燃尽。然后，指望到达木星的卫星无异于天方夜谭——要五到七年呢！推进飞船需要一种全新的方法。

难题三：太空垃圾（太空就是一个雷区）

恭喜！你已成功将火箭送入轨道。但在进入外层空间前，一颗淘气的人造卫星碎片会突然冒出来撞上第二级的燃料舱。火箭没了。

这便是太空碎片问题，它是切实存在的。美国空间监视网发现有1.7万件物体——每个至少有垒球大小——以超过1.75万英里的时速在地球周围疾驰。直径小于10厘米的物体的数量接近50万件。发射适配器、透镜盖甚至一小片油漆都能把关键系统砸出一个坑。

惠普尔防护罩能挡住这些零碎物件，但若碰上一整颗人造卫星，任何防护手段都无能为力。约有4000颗人造卫星绕地球飞行，其中大部分处于废弃状态。地面指挥中心会避开危险路径，但跟踪并不能做到尽善尽美。

难题四：导航（没有太空定位系统）

部署在美国加利福尼亚州、澳大利亚和西班牙的“深空网络”是一组天线阵列，也是唯一的太空导航工具。从学生项目人造卫星到蜿蜒穿梭于凯珀带的“新视野”号探测器等一切航天器都要依靠它导航。地球上的一个超精密原子钟会测定信号往返该网络和航天器所需的时间，然后导航装置会利用所测定的时间确定航天器的位置。

然而，火箭离地球越远，这种方法的可靠性就越低。无线电波的确是以光速传播的，但传播到外层空间仍需要数小时。虽然恒星能指示方向，但它们过于遥远而无法给飞船定位。关于未来的航天任务，外层空间导航专家约瑟夫·吉恩想要设计一个自动化系统，该系统会自动搜集目标和周围物体影像并利用它们的相对位置用三角学确定飞船的坐标——无需地面控制中心。吉恩

说：“它就像地球上的GPS系统。给车装上GPS接收器就解决问题了。”他把这种装置称作深空定位系统——简称DPS（Deep-spacePositioningsystem）。

难题五：太空很大（翘曲飞行并不存在……不过）

人类迄今为止建造的速度最快的飞行器是“太阳神2”号探测器。该探测器现已废弃，但假如声音能在真空中传播，你能听到它以超过15.7万英里的时速环绕太阳时发出的刺耳的尖叫声。这几乎是子弹飞行速度的100倍，但即使以这样的速度，也要花上约1.9万年才能抵达离地球最近的恒星——半人马座阿尔法星。

为了战胜时间，你需要能量——很多能量。或许可以在木星上开采足够的氦-3气体来实现核聚变——在研制出核聚变引擎后。物质-反物质爆炸在规模上更可控制，但将这些拳击式粒子互相碰撞很危险。莱斯·约翰逊说：“你绝对不想在地球上做这样的事。你在外层空间做这样的事。所以，如果发生意外，也不会出现毁掉大陆的情况。”太剧烈了太阳能怎么样你所需的只是一个得克萨斯州大小的帆。

更为文雅的方式将是以物理手段修改宇宙的源代码。理论上存在的阿尔库维雷引擎会压缩飞船前的空间并扩展飞船后的空间，这样中间（即飞船所在位置）物质的实际移动速度会超过光速。

一切就绪？并没有。人类还需要一些爱因斯坦式的科学家用大型强子对撞机等装置解开所有理论难题。约翰逊说：“我们对于改变一切的某些发现取得进展，这是完全可能的。但你不能指望这一突破来扭转局面。”

难题六：只有一个地球（不要冒险离开——冒险留下）

几十年前，科幻小说作家金·斯坦利·鲁滨逊讲述了来自人口过多、扩张过度的地球的科学家在火星上建立一个未来乌托邦的故事。他的火星三部曲提出了殖民太阳系的充足理由。但是，老实说，除了科学目的外，人类为何应该去太空？

一种观点认为，探索的需要植根于灵魂深处，是开拓精神和昭昭天命。但科学家已不再谈论开拓者。帮助美国航天局制定太空探索重点计划的海迪·哈梅尔说：“二三十年前确实会听到这种前沿性措辞。”但自从“新视野”号探测器去年7月飞掠冥王星以来，“我们已将太阳系中的所有环境类型都至少探索了一次”。

至于昭昭天命？历史学家要更清楚。西方的扩张就是一部残忍的土地掠夺史，而史上伟大探险家多半是冲着资源或宝藏而来。