1700039305
1700039306
想要更快地到达火星吗？弗里曼·戴森的“猎户座计划”（Project Orio），为核动力推进火箭系统，其威力足以在一周内到达火星。不要把它和“猎户座”飞船搞混了。“猎户座”飞船是NASA目前提出的用于近地轨道以外太空旅行的航天器，一个只能搭载4人的小东西。“猎户座计划”是美国政府在1957～1965年搞的一个机密项目，旨在建造一部4000吨大小的由数千枚核弹提供动力的航天器。核燃料的效率要比化学燃料高得多，因此航天器可以携带所需燃料并将之加速到很高 的速度，然后在中途翻转减速。当然，“猎户座计划”从未实现，其设计充满了安全问题（你知道的，原子弹），但概念仍然可行。另外，人类不能加速得太快，否则会遭遇致命的加速力，这种力在加速过程中会将你牢牢固定在座位上动弹不得。
1700039307
1700039308
人类最快的旅行是1969年5月的阿波罗10号绕月任务。这次任务是为几个月后的登月进行的彩排。3名乘员在返航时的最高时速为39897千米/小时。速度本身并不是危险所在。从生物学的角度来看，如果技术允许，人类可以在一个受保护的容器中以接近光速的速度旅行。问题是加速度。我们需要慢慢达到这样的速度。这就像在高速公路上开车一样：在匝道上，当在几秒钟内就从大约30千米/小时加速到90千米/小时，你会感到大约0.5G的压力。[21] 一旦达到巡航速度，加速力就会减小。看一看快速刹车造成的创伤就会明白：当你快速减速，身体在几秒钟内从90千米/小时减速到0千米/小时，即使系上安全带也无法避免身体受伤。在太空中的飞行速度是汽车的1000倍，加速到最高速度需要几天的时间，然后在减速时间到来时反向重复这一过程。
1700039309
1700039310
在起飞过程中，宇航员有几分钟会体验到3～8G的力。但是因为他们被绑在座椅上，而且是仰卧，所以加速力作用的方向是从胸部到背部，不会导致昏迷——也就是说，不会把血液从大脑里挤出来，流到双脚。然后当他们达到巡航速度时，一切又都归于平静。按照戴森设计的方式进行火星之旅，加速到如此快的速度会把你紧紧钉在座位上，如果没有任何减震器，会把你弄成一摊烂泥。一颗原子弹的加速力在10000G的范围内。戴森认为，从理论上来说，可以把加速力减缓到4G左右。旅行时间的效率会随着旅行长度的增加而提高，比如去半人马座α星，其间你就有慢慢加速的空间。根据戴森的计算，一台核动力发动机可以在大约60天内将一艘载有8名宇航员、重达100吨的宇宙飞船以舒适的加速力水平送到火星，而且有效载荷可以占到总重量的1/2。[22]
1700039311
1700039312
速度过快的另一个问题是宇宙碎片对飞船的撞击。当我们的速度超过光速的1/10时，星际旅行就会面临此类问题。想想汽车挡风玻璃上的虫子就明白了。或者鹅卵石。速度越快，小石子就越容易砸破挡风玻璃。在1/10光速下，太空中的微小尘埃颗粒会像子弹穿透纸张一样穿透航天器。这个问题没有真正的解决办法，不过这个问题太遥远了，不值得现在就去解决。
1700039313
1700039314
1700039315
1700039316
1700039318
太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 火星计划：奇特型、实用型，及介于两者之间的类型
1700039319
1700039320
关于在火星这颗红色星球上定居，在一干奇特想法中，有一个是由一家荷兰小公司运营的“火星1号”私人项目。下面是该项目的细节。在尚不确定的日期，将尚未确定数量的普通人单程送往火星，生活在一个尚未指明的栖息地，所有资金来源尚未明确，有可能来自众筹和销售该项目纪录片的相关版权，以及拍摄发射、着陆、生活和接下来的死亡（据推测）的电视真人秀。甚至该公司自己的书《火星1号：人类下一次伟大冒险》（Mars One：Humanity’s Next Great Adventure ）也缺乏细节，一些技术问题也没有加以讨论，如怎样在太空安全飞行几个月，怎样让航天器在火星上安全着陆，而且该航天器比NASA曾经造过的任何航天器都要大，然后怎样以自给自足的方式生活，等等。[23]
1700039321
1700039322
“火星1号”于2012年提出，它要么是一个精心设计的骗局，要么是一个注定要失败的严肃项目。其背后公司——火星1号创投公司（Mars One Ventures），只是在协调将人类送上火星的工作。该公司本身没有航天工程经验，而是将火箭、飞船、着陆器、栖息地、生活保障系统……所有的东西，都外包出去。已经有成千上万人通过该项目注册成为第一批火星宇航员。该公司将这个数字缩减到100，目标是找到24名候选人。有些人已经结婚，而且有了孩子，却要丢下家庭不管（亲爱的，你能明白我的意思吗）。“火星1号”的所有努力都体现在筛选候选人上。目标一是到2016年发射一颗通信卫星并向火星运送补给，可是到了2020年还没有实现。所以，所有其他的目标——2018年的火星车，2020年的生命保障装置，2023年的第一批宇航员——也曾经或将被错过。航天业内人士和专家在很大程度上一致认为，“火星1号”是一场闹剧，它的任何一部分最终都不会飞上天。该公司于2019年破产。不过关于“火星1号”，我想说的是，它证明了公众对火星有着极大的兴趣。
1700039323
1700039324
说实话，埃隆·马斯克用一艘大型飞船将100人送往火星的计划只比这个稍微实际一点。该计划的主要卖点是冠上了埃隆·马斯克的名字。与“火星1号”不同的是，马斯克和他的SpaceX已经成功发射了火箭。此外，SpaceX还制订了详细的火星运输基础设施建设计划，其中包括一枚目前正在研发的可将150吨重的物体送入轨道的可重复使用火箭，运载能力至少比将人类送上月球的“土星5号” 运载火箭高出10吨。实际上，目前还没有能把2人送上火星的火箭，更不用说100人了。SpaceX计划实现这种能力，首先是通过近地轨道火箭，然后是通过发往火星的火箭。运载乘客的火星火箭发射重量是300吨，其中包括一艘名为“星舰”的飞船。它有40个舱室和大面积的公共区域。该计划打算将100万人送往火星，每批100人。不过让我们做一下计算吧：这需要10000次飞行才能完成。大量火箭，大量燃料，大量噪声。以每天飞行1班的速度计算，需要27年以上才能完成。
1700039325
1700039326
SpaceX的这一计划很大胆，但在几个因素到位之前并不是特别可行。要建造一个比“土星5号”（已经是人类有史以来造过的最大火箭）大得多的火箭系统，需要数百亿美元的巨额投资，而SpaceX必须获得这笔资金。考虑到这项投资的高风险和低回报，这将不是一件简单的事。据推测，SpaceX将从副产品技术中获利，即更加高效的小型火箭。这种小型火箭可以在30分钟内把人类送到近地轨道，或者将货物运送到全世界。接下来，火箭需要在轨道上加注燃料。这是一个聪明的想法，但还没有经过实际测试。着陆器需要在火星上补充燃料，这就需要一个火星燃料供给系统，其规模比“火星直击”计划设想的要大得多——也就是说，要在火星上用机器人制造出大量的甲烷和氧气。SpaceX还需要让这个庞然大物在火星上着陆。在此之前，还没有任何类似大小的物体登陆过火星。如果这是SpaceX的真正目标，那么投资一辆或两辆地球—火星循环车，通过它们把东西送到火星，则更为谨慎可行。此外，100万人太过雄心勃勃，带有一种P. T. 巴纳姆（P. T. Barnum）[24] 风格。
1700039327
1700039328
因为去火星最困难的部分是从火星返回，许多大思想家已经呼吁实施单向任务，其中包括布兹·奥尔德林（第二个在月球上行走的人）以及劳伦斯·克劳斯（Lawrence Krauss，一位理论物理学家和宇宙学家）。2009年，克劳斯在《纽约时报》的一篇专栏文章中讨论过这个话题。他在文章中建议将老年人送往火星，让他们在火星上度过余生。奥尔德林并不认为这是一项自杀式任务，而认为其是一项没有即刻承诺返回的任务。如果技术进步，我们就能把宇航员接回来。与此同时，他还说，我们已经在火星上迈出了第一步。在我看来，这种说法很令人困惑。为什么这么着急？地球上并没有十分紧迫的危险。为什么不能等到我们知道如何安全地把宇航员送到火星上再这么做呢？从现在起500年内，第一批人类是在2020年还是2080年到达火星，并没有多大区别。
1700039329
1700039330
从某些方面说，考虑火星计划是没有意义的。因为自1952年以来，政府和科学团体考虑的此类计划超过70个，但我们还是没有到达火星。尽管如此，我们现在比历史上任何时候都更接近于登陆火星，无论这些早期计划当时实施得有多么认真。为了给未来的月球或火星生活做准备，以前从来没有这么多的政府、公司和私人基金会如此一致地研发基础设施——栖息地、宇航服、温室、车辆，等等。
1700039331
1700039332
NASA正在寻找一条长期、低风险、循序渐进的火星之路。自20世纪90年代中期以来，该计划已经改变了好几次。2009年随着奥巴马总统的上台而重生，之后又进行了几次调整。因此，NASA的计划在这里很难下定义，而且由于要同时考虑几种情况而变得更加复杂。有些是以不同的方式涉及月球，有些是直接前往火星，还有一些是以4人或6人乘组的方式前往火星。[25] 这里的要点是，在部署宇航员之前需要一个初级阶段，向火星发送一部下降/上升着陆器、火星电力系统、可能独立的货运着陆器以及一个火星 表面栖息地（Surface habitat）。在NASA的术语中，这种火星表面栖息地被称为SHAB。与ISS一样，这些东西可能会在地球上分段制造，并在近地轨道上组装。一旦通过测试，就送往火星。着陆器和电力系统将在火星着陆，而SHAB将留在火星轨道上。NASA已经取得了一系列成功，包括在火星上着陆耐用机器人设备，在火星周围部署卫星。因此说所有这些都是可行的。一旦NASA确定着陆器和SHAB工作正常，他们将用一种尚待设计的火星运输工具，通过所谓的快速转移轨道，花费大约200天时间把宇航员送到火星轨道。宇航员将在火星轨道上与SHAB交会对接，并乘坐SHAB到达火星。宇航员将在这颗红色星球上探索40天、60天或18个月，具体时间仍未确定。然后，他们再乘坐下降/上升着陆器返回原来的火星运输工具。宇航员在火星停留期间，火星运输工具一直停留在火星轨道上。[26] 然后它返回地球，接受人们用彩带举行的欢迎仪式，假如2040年前后彩带还存在的话。
1700039333
1700039334
你可能已经注意到，目标能否完成取决于需要完成的几个步骤，任何一个步骤出现延迟都可能影响目标的实现，比如航天飞机研发的延迟注定了天空实验室的失败，以及其他许多任务的推迟，同时也导致ISS的成本超支。而且，这只是到火星的一锤子买卖。NASA可以重复这个计划，但是计划本身除了可能会留下一些东西供重复使用，并没有固有的周期。在我看来，祖布林“火星直击”计划的美妙之处在于，它通过每两年着陆火星一次，建立了一个可扩展的火星基地系统。宇航员来了又走，但基地变得越来越大，以适应人类在火星的永久存在。NASA正在考虑像祖布林那样用甲烷/氧气作为返回火箭的推进剂，而不是像多年来的计划那样用核热推进。也正是在这一方面，使NASA的火星2040计划看起来越来越像祖布林的火星2000计划。
1700039335
1700039336
中国也有类似的人类登陆火星的计划。中国的举措包括一个大胆计划，即在21世纪20年代初几乎同时发射一部带有7枚探测器的轨道航天器和一辆带有6枚探测器的火星车；21世纪20年代中期发射近地轨道和地月轨道空间站；21世纪20年代末完成火星采样返回任务；以及在21世纪二三十年代实施多次月球任务，为2040年的人类火星之旅做准备。与此同时，日本已经明确表示，将在2024年向火星的卫星发射机器人，以支持后续的人类火星基地。
1700039337
1700039338
1700039339
1700039340
1700039342
太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 温度、压力、辐射
1700039343
1700039344
在火星生活，至少就短期而言，如果计划得当，应该不会十分困难。
1700039345
1700039346
我们需要把对重力的关注放在一边，因为我们不知道0.38G的长期影响会是什么。但有一件事很明确：如果宇航员乘坐模拟地球1G的飞船到达火星，他们在火星上将拥有超人的力量，在举起、跳跃和投掷方面的能力是在地球上的3倍。如果在0G的环境下于9个月后到达，他们将需要大约1周的时间来适应0.38G。根据旅途中肌肉和骨骼的流失程度，他们在火星上仍可能感觉到稍稍强壮了一些。
1700039347
1700039348
温度不会成为一个引人注目的问题。当然，火星会很冷，但仍在人类可以理解和体验的范围之内。在火星赤道，白天温度最高可达20℃，确实是令人愉快的白天。到了晚上，由于没有厚厚的大气层来保持热量，火星的温度会下降到-100℃，比地球的南极还要低一点，但仍然有办法控制。幸运的是，火星的“夜” 真的只是地球的一晚，大约12小时。火星上的一整天为24小时37分钟，与地球非常相似。
1700039349
1700039350
火星上真正的天气灾害是沙尘暴。《火星救援》这部书和电影就是以一场沙尘暴开始的。这场沙尘暴对NASA的乘组人员造成了巨大破坏，使他们被迫撤离火星。现实中，碎片在火星上不可能飞得这么快，因为火星上只有少量空气来承载它们。作者安迪·威尔承认这个细节不准确。但坦率地说，在这部非常真实的科幻小说中，这是唯一一处较大的错误。[27] 沙尘暴的危险之处，在于它们可能会蔓延整个火星，将太阳遮挡数周甚至数月之久。能见度会下降到几米，灰尘会覆盖在仪器的太阳能电池板上，导致电力中断。火星沙尘暴并不少见。不幸的是，1971年11月，苏联的“火星2号”和“火星3号”探测器就是在一场如此巨大的沙尘暴到来之时将着陆器送上了火星，对任务造成了巨大影响并导致任务提前结束。NASA的“水手9号”（Mariner 9）在这之前一个月抵达火星，但留在了轨道上，因此躲过了这场沙尘暴，完成了绘制火星地图以及进行大气研究的任务。当人类在一个寒冷陌生的世界着陆时，却恰好遭遇一场沙尘暴，很可能会夺去已经厌倦了太空旅行的宇航员的生命。2018年一场旷日持久的沙尘暴最终导致长寿的“机遇号”火星车（Opportunity）报废，因其数月无法获得太阳能。
1700039351
1700039352
辐射暴露并非无关紧要。火星没有磁层，只有稀薄的大气层，因此对宇宙和太阳辐射几乎没有防护作用。宇宙射线来自四面八方，但火星本身阻挡了宇宙射线射向其另一边，所以与宇航员乘坐飞船前往火星时相比，宇宙射线暴露量基本减少了一半。火星大气层也可以提供一些保护。NASA“好奇号”火星车发现，在300火星天内，火星表面的辐射剂量率变化范围为180～225微戈瑞/天。[28] 戈瑞是一种测量辐射吸收的单位，更加侧重于身体健康。因为宇宙射线能量更大，因此比太阳辐射更具穿透力，更致命。好消息是，相对来说，这和宇航员在ISS上受到的辐射差不多——不理想，但也不可怕。如果发生严重太阳耀斑，火星表面的人将事先收到警报，并可以据此采取庇护措施。此外，还有可能限制他们一天最多只能在户外待8小时，而“好奇号”每周7天、每天24小时暴露在外面，更确切地说，是每周7天，每天24.6167小时。
1700039353
1700039354
火星上稀薄的空气也意味着人类需要一套加压服才能在火星上行走。火星表面的平均气压为6毫巴[29] ，在高原和高山地区还要更低。在地球上，海平面高度的气压约为1000毫巴。即使在珠穆朗玛峰，气压也仍有340毫巴。但是在6毫巴的时候，由于液体会在几秒钟内变成气态，你的血液会“沸腾”。因此，在火星上，无论温度如何，你永远都无法自由行走——永远也不可能赤身裸体待在户外，永远感受不到真正的风吹在你的脸上——直到将火星彻底地球化的目标得以实现，将压力提高到至少300毫巴。在遥远的那一天到来之前，只能用笨拙的宇航服来保护你。
[
上一页 ]
[ :1.700039305e+09 ]
[
下一页 ]