离开地球表面:一份太空移民年鉴
2017/11/16 17:00:00 中国科普博览

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     本文授权转载自公众号“原理”(ID:principia1687)

     作者:Victor Tangermann

     人类一直都希望能够探索广阔无垠的宇宙。今天,我们终于蓄势待发着要把人送往外太空了。事实上,一些从事太空研究的政府机构和公司,正在为如火如荼的“太空竞赛2.0”做准备。这是一场极其昂贵的竞赛。这场竞赛将推进我们更进一步地揭开宇宙的奥秘,让我们探索可以属于人类的新领域。

     在这场竞赛中,航天航空领域的霸主 NASA 虽仍是竞赛里种子选手,但其重点项目的转移和有限的预算都削弱了它在探索太阳系及其他领域的领先地位。与此同时,像 SpaceX 和维珍银河这样有着充足资金的公司,则正集中火力的为建造出更好、更大、更快的火箭而努力。

     事实上这是一件大好事,因为如果人类要在其他星球上寻找生命,或者为人类的太空移民寻找新的星球,需被完成的工作还有很多。许多艰巨的任务正等待着工程师和科学家去做,例如开发生命维持系统、寻找可靠的水和燃料来源、克服在太空中生活对人体造成的负面影响、以及找到更快的旅行方式等等。

     虽然要做的工作实在还有太多,但是把人送到月球甚至更远的地方似乎已不再是天方夜谭。但是,这一幕究竟到什么时候才会真的发生呢?人类什么时候能在外星世界自由穿行?今天我们要给大家理一理——人类离开地球表面的时间表。

     2017年底:猎鹰重型运载火箭发射

    

     猎鹰重型火箭

     SpaceX 计划在2017年底之前首次发射猎鹰重型运载火箭(Falcon Heavy)。因为火箭可以被重复使用,猎鹰重型火箭只需花费德尔塔IV型重型火箭(Delta IV Heavy)三分之一的费用,就能将其有效载荷送入太空。较低的前期成本意味着更多的组织和机构可以负担得起在外太空进行实验。其中一个实验是美国行星学会的太阳帆计划——光帆2(LightSail 2),将于2018年初在重型猎鹰上发射。

     SpaceX 的猎鹰重型火箭也不负它的名字:27枚火箭发动机承载了高70米、重达1421公吨的火箭。虽然这是很大的额外重量,但有效载荷的数量让这一切都变得值得——它可承载的设备、货物和乘客的总量可达63,800公斤,这比在同一高度上飞行的航天飞行器所能承载的重量高两倍多。

     2018年:准备太空旅行

     2018年,SpaceX 计划比以往更频繁地发射火箭,将有30枚火箭(2017年为20枚)被送入太空。更多的尝试给公司提供了更多的数据,供其进一步完善低成本高安全度的火箭发射技术。最终,这种低成本又安全的宇宙飞行将使太空旅行变得可能。今年,SpaceX 宣布,他们要在2018年将两个人到月球轨道上。

    

     图片来源:Virgin Galactic

     竞赛中的另一个强劲对手维珍银河,也正马力十足的准备在2018年2月底之前将第一批宇航员送入太空。在将人送入太空之前,宇宙飞船将进行一系列飞行测试。

     名为团结号(VSS Unity)的航天飞机在2017年初完成了第五次“滑翔飞行”(有别于传统太空火箭的垂直轨迹)。在2018年的头几个月,航天飞机将被带到更接近卡门线(Karaman line)——离地球表面有100公里远的大气层和太空的边界。

    

     光帆。| 图片来源:Planatary Society

     大约在2018年初的同一时间,科学家将对光帆2进行测试,光帆2将利用太阳光所释放的光子的能量在太空中穿行,不需要油箱或推进器。光帆2是一个由公民资助、美国行星协会(最大的促进太空探索的非营利组织)创建的航天器,它将证明太阳帆可以推动航天器进入更深的太空。这架无人驾驶的光驱动飞船将搭载 SpaceX 的猎鹰重型火箭,然后在720公里的高度上进行试飞。

     2019年:太空旅行与观察

    

     图片来源:蓝色起源(Blue Origin)

     由亚马逊创始人 Jeff Bezos 创办的航天服务公司蓝色起源(Blue Origin)最近宣布,它们将致力于在2019年4月前把旅客带往太空。6人成团的游客将乘坐一个高18米的火箭,到达距离地球表面约100公里的太空边缘。在那里,他们将体验到零重力飞行。三个独立的降落伞和一个制动火箭推力系统将确保乘客能安全的返回地球。不过这种体验可并不便宜,据传要拿到一张登上新格伦号(New Glenn)火箭去往地球轨道的票,需花费15万至25万美元之间。而且,会不会有人报名参加还是一个问题。但据这一太空旅行项目的另一竞争对手维珍银河声称,目前他们已有700人报名了。

     到了2019年,蓝色起源公司计划增加二级和三级火箭。它们能被重复使用,高达99米,并能以相对较低的成本搭载有效载荷,以此与 SpaceX 的猎鹰重型火箭匹敌。

    

     韦伯太空望远镜 | 图片来源:NASA

     NASA还打算在2019年的第一季度发射詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)。韦伯望远镜将在红外波段对太阳系进行观测,能观测到太阳系形成的每个阶段;最终它的功能将比哈勃望远镜强大100倍,这要归功于18个六边形反射镜阵列给它带来的高分辨率。韦伯望远镜的主镜面直径达6.5米(哈勃为2.4米),甚至能观测到宇宙早期时星系的形成。同时,它将致力于寻找能够维持生命的新行星。

     2020-2025年:“地球依赖性”和超越

     从在火星上发现液态水存在的证据,到检测火星表面土壤中的有机物质,好奇号火星探测器已经为我们解答了许多与这颗红色星球有关的基本问题。

     但是,这些信息也引发了更多关于其他可能存在元素的问题。因此,为了确认火星大气层中是否存在氧气,以及如果有的话浓度是多少等问题,好奇号的继任者——火星2020探测车任务——将会配备一系列传感器和仪器,为我们回答这些问题。氧气浓度的信息是非常重要的,因为人类或许可以最快在2030年就有前往火星。

     如果我们真的要移民去其他星球,还有许多其他要做的准备工作。在太空移民变得可行之前,NASA 认为有三个阶段需被完成。第一个阶段,NASA 称之为“依赖于地球”阶段,即我们将继续进行在太空生活可行性的测试,并在国际空间站上进行更多的研究。第二个是“试验场”阶段,在月球周围进行的一系列行动,将被用于探索安全送人类回地球的方法。在这两部分完成之后,我们才能到达最终阶段——“独立于地球”,届时人类能在火星上建立一个自给自足的殖民地。

    

     图片来源:NASA

     在人类首次登月50年后的现在,NASA 正在准备发射另一艘将要飞越月球的载人飞船。宇航员将登上一艘名为“猎户座”的飞船,该飞船将使用 NASA 的太空发射系统(SLS)发射。 SLS 与 SpaceX 的猎鹰重型火箭类似,其最大有效载荷为70至130公吨。

     一开始,猎户座飞船将在没有载人的情况下进行测试运行。第一个任务(探索任务-1)将于2018年年底开始:SLS会将无人驾驶的飞船发射到月球表面上方约100公里高的轨道,利用引力将自身推入未开发的太空深处。这个任务的目的是要看看猎户座飞船能否载人完成远距离航行。

     第二次任务(“探索任务-2”)计划在2021年8月进行,这将成为 NASA 首次超越月球的载人试飞。为了获得足够的动力来绕行月球,航天器将绕地球公转数周,只偶尔点燃其火箭推进器。当它在月球轨道上稳定行进时,猎户座飞船将收集数据并测试飞船的星际飞行能力。

     2022年:改造火星

     当 NASA 准备在2020年代探索如何在太空里最好地维持人类健康时,SpaceX 开始计划为人类的太空移民打造基础设施。SpaceX 预计在2022年完成首次火星之旅,总长54.6百万公里。

    

     图片来源:SpaceX

     在今年早些时候,Elon Musk 透露了一个远比 NASA 的 SLS,甚至比他自己的猎鹰重型火箭更大的火箭计划——BFR。这样一个巨型火箭将能装载多到足以将人类带往火星的燃料。

     这一最大载重量为150吨、高106米的巨型火箭一旦完成,将打破目前已被载入轨道的最大有效载荷记录,同时还为每次发射提供最低的成本。

     为了抵达月球,BFR 将从地球表面发射,将推进剂从以前安置在地球轨道上的燃料库转移,在轨道上加速,为完成去往月球表面的剩余路程注入燃料,然后降落。 SpaceX 计划一旦火箭进入轨道就为其注入燃油,以扩大火箭的射程和有效载荷能力,并使其能安全返回地球。

    

     图片来源:SpaceX

     通过测试表明,在太空中为火箭加油是可行的。2011年,NASA 进行了机器人空中加油任务,并在国际空间站的一个平台上完成了机器人驱动的推进剂转移。

     到2022年,SpaceX 希望火星上至少有两艘货舱落地,为人类在火星上建立栖息之地。这些初步任务的主要目的是在火星表面上寻找到可靠的水源。

     2024年:BFR的载人任务

     这些货舱抵达火星的两年后,SpaceX 将计划派人前往火星上居住。 BFR 上的乘客将能率先进行前所未有的旅行。

    

     图片来源:SpaceX

     Musk 或许也会承认,这是一个非常激进的时间表。而且实际情况很可能不会按 SpaceX 的预期进行:根据《连线》杂志的说法,因为行星的对准和太阳能需求以及燃料限制等其他因素,地球-火星之旅的发射窗口只有几个星期,这还是假设所有其他部分都运作完美的情况。但事实是,无论是 BFR 还是猎鹰重型,都还没被成功发射过。

     如果BFR能到达火星,它将包含建造一个推进剂生产设备的材料,作为火星移民的一部分。该计划是从大气中吸收二氧化碳,并利用太阳能将其转化为深冷的四氧化碳(CO?)燃料。

     2025-2030:在太空中生活的一年

    

     图片来源:NASA

     SpaceX 可能在2020年代初期就做好将人类送入太空生活的准备,但是 NASA 对此表现得要更为谨慎一些。这个国立的航天局正计划先将一批宇航员送入轨道生活一年,以探究人类是否确实已做好在别的星球上生活的准备。

     2016年3月,NASA 宇航员 Scott Kelly 在国际空间站完成了一项类似的长达一年的任务,以测试零重力对人体的影响,以及这对未来前往火星的太空旅行的意义。NASA 计划于2021年进行的任务与 Kelly 任务的不同之处在于,这一次,他们要将宇航员送入月球轨道,让他们驻进一个叫“深空通道”(deep-space gateway) 的小型空间站,它将作为未来太空任务的测试场,包括之后的火星任务。由于不同的昼夜周期和太阳辐射等因素的影响,我们无法得知在月球上生活一年的时间会对人体会造成怎样的影响。

     2030年代:NASA启动载人入火星计划

     在 SpaceX 载人火箭将人类送往火星的5年后,NASA计划将自己的飞船发射到这颗“红色星球”去。利用从“好奇号”和“火星2020探测车”收集的数据样本,NASA将首先确定人类将如何在火星表面上维持生命,然后再将载人飞船从深空通道中发出。

     文:Victor Tangermann

     译:不二北斗

     原文链接:https://futurism.com/a-timeline-for-humanitys-colonization-of-space/

    

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