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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 引言 发射之前
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如果你的团队里有一位优秀的科幻设计师，那么在远离地球安全范围的另一个行星或其卫星上生活，看起来会是件轻而易举的事。降落伞打开，发动机完美点火，让你的飞船甜蜜亲吻松软的外星土壤，并轻松摆脱巨石、悬崖和峡谷的威胁——这一切真是太惬意了。然后一部地面穿梭机，以不亚于日本新干线列车的速度，将你带到距航天港几公里的新基地。在那里，现场一片繁忙，能干的工人们忙着挖掘、探测、定位、建造、运输，所有人都像吹着口哨的小矮人一样快乐。你来到几幢巨大的、金光闪闪的穹顶建筑深处，里面是名副其实的伊甸园，那里的蔬菜郁郁葱葱、远离疫病。之后，你轻轻跨过门槛，进入加压栖息地，几乎很难想象你曾在极其危险的微重力环境下，穿越无处不在的宇宙射线，历经长达数月的危险旅途才来到这里。当终于到达时尚的生活区时，你会靠在床上想，啊，要是回家的时候也能这么顺利就太好了。
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有关太空定居点的计划，不管是纸面上的还是科幻片里的，大多看起来如此美好。但问题在于细节。如果把火星当作目的地，就要知道火星像地球的南极一样，天寒地冻、死气沉沉，只是没有可供呼吸的空气。尽管有人声称利用现有技术已经可以去往火星，但仍有很多工作要做，以确保这不会成为一次自杀式行动。一些科学家认为，在飞往火星长达9个月的旅程中（以及返回地球的过程中），旅行者会遭受强大的太阳辅射和宇宙射线，仅这一点就让人不敢轻举妄动。在这颗红色星球上安全着陆仍然是一个危险提议，因为我们派去的大多数着陆器在着陆时都失败了。利用机器人将火星大气中的二氧化碳转化为氧气，并将其储存在加压容器里供宇航员到达后使用，这在目前还只是停留在理论层面。在火星就地采集水和燃料以供返程使用也一样——理论上是可以实现的，但即使在地球上也很难操作。种土豆？可惜，火星“土壤”中的高氯酸盐似乎达到了有毒水平，必须清除——而这项技术也仍然有待开发。
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月球虽然比火星离地球近得多，但那里也不是甜蜜的亚拉巴马老家。月球上白昼与黑夜的转换周期为两周，其表面温度变化剧烈，从-120℃到120℃，使人类在月球上长期停留极具挑战。那里有的只是暴雨般倾泻到表面的太阳辐射和宇宙射线。要应对这些挑战，可以先派遣机器人去月球用当地土壤建造穹顶建筑，但这还是一项纸上谈兵的技术。然后呢？好吧，就像人们说的，罗马不是一天建成的。
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胸怀大志很重要。我是在早春的时候开始写这本书的。那时我的小花园里没有杂草，肥沃的、深褐色的泥土均匀地划成整齐的正方形，散发着芳香。我手里拿着十几包种子，一幅郁郁葱葱的未来景象展现在我面前。就像天文艺术家一样，我要把这幅景象画出来。我要把洋姜的种子种在最北边，因为它们长得最高。我要把豆子种在它们前面，这样豆子就可以把洋姜当成天然的棚架。太聪明了！我还要种些蚕豆，因为蚕豆很好吃，卖得又很贵。前面我会接连种些绿叶菜，一周接一周地种，这样每天都能收获一份沙拉，能一直吃到秋天。西红柿，你得吃西红柿。还有大南瓜，就是那种巨大的蓝哈伯德，味道很好，又耐储存。完美！
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然后是异常寒冷的4月，比3月还要冷，我种的一半植物被冻死了。接着是异常多雨的5月，几乎把剩下的也冲走了。你知道大南瓜发生了什么稀奇事吗？有一种叫南瓜蔓吉丁虫（Melittia cucurbitae）的小生物（飞蛾的一种），7月初把它的卵产在了长势良好的南瓜藤蔓上，这样它的幼虫就可以躲在藤蔓里安全地进食、长大，在南瓜结出果实前，这些幼虫就将整株南瓜杀死了。它们似乎违反了生物学的一个基本原则，即消灭了下一季赖以生存的食物来源。谁知道呢？
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我把我花园中遇到的麻烦说出来，部分是为了宣泄，但更多的是想作为一个例子，说明事情往往并不是按照计划进行的，尽管我们做了研究和准备。现实总会出现意想不到的情况——可能是不寻常的天气，比如生活区正在进行关键安装，而火星上爆发了持续一个月的沙尘暴；或者美中不足，比如一种未检测到的化学物质阻碍了一项重要生物反应的发生。美国国家航空航天局（NASA）在将人类送往月球的8年实践中，也遇到了很多出乎意料的问题。对宇航员格斯·格里索姆（Gus Grissom）、埃德·怀特（Ed White）和罗杰·查菲（Roger Chaffee）来说，阿波罗1号任务以悲剧告终。在高压、纯氧的舱室环境中，一个微小的火花瞬间演变成一个无法逃脱的火球——谁也没有意料到的一个设计缺陷。NASA管理人员后来承认，阿波罗11号的成功也有幸运的因素，尼尔·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）不得不出乎意料地手动操控“鹰”登月舱，才使其远离巨石，来到一处平坦的着陆点，而剩下的燃料只够维持不到30秒。
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阿波罗13号的宇航员没能按计划在月球着陆。一个氧气储箱在飞行途中爆炸了，如果不是乘组人员和任务控制中心的快速反应和熟练操作，这次事故就是致命的。另一组阿波罗宇航员与一次巨大的太阳耀斑擦身而过，而这次耀斑产生的辐射可能会伤害到他们。许多太空发烧友都很关心为什么NASA不派人去火星，好像派人去火星成了该机构存在的唯一理由。尽管该机构存在缺陷，而我在书中也会毫不避讳地将这些缺陷列举出来，但NASA并不急于把人类送上火星的理由很充分，因为它不希望任何人去火星送死。你不能仅凭着一堆希望就把人类送上火星。只有风险和成本降到最低，我们才能够去而且应该去火星，因此没有必要立刻采取行动。就目前来说，航天很危险，而且费用极高。
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1969年人类登月的不朽成就，使某些人对未来产生了不切实际的期望。随便拿起一本20世纪70年代畅销的太空类书籍，你都会得出这样的结论：我们很久以前就应该到火星了。1971年，NASA宇航员艾伦·谢泼德（Alan Shepard）在月球上打了几杆高尔夫球之后，火星自然就成了下一个目标。尽管这一举动很自大，但毕竟当时美国和苏联都在向水星、金星和火星发射探测器，而且美国还在进行航天飞机项目，计划每月两次进入太空。1969年3月至1970年9月，担任NASA局长的托马斯·潘恩（Thomas Paine）在日程表里提出了登陆火星的日期：1981年11月12日，一个12人的乘组将搭乘一枚核动力火箭离开地球，开启火星载人航天之旅。[1] 与此同时，物理学家、工程师和美国国会议员正在就20世纪80年代建造巨型在轨运行球体进行认真讨论。这样的球体每个可容纳1万多人。这些轨道上的太空居民的主要工作是收集太阳能，并将其传送回地球，使世界摆脱对石油的依赖。到20世纪90年代，我们会在小行星上采矿，并在火星上生活。到2000年，人类将探索木星和土星的卫星。
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那么，首次登月已过去半个世纪，我们为什么还没有在“外太空”生活，而进入太空也没有变得既安全又经济？有许多因素在起作用，本书将详细阐述这些因素。首先，我们需要做一些铺垫。
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 你不认识的肯尼迪
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一部分人将我们未能大规模存在于太空中的责任归咎于美国前总统理查德·尼克松，因为是他削减了NASA的预算。NASA的预算在1966年约翰逊执政期间达到顶峰，占到了联邦预算的4.3%。到尼克松离任时，NASA的拨款已经下降到联邦预算的1%左右，并且还在继续下降，到了2019年，已经跌破了0.5%。[2] 这就好像我们投资了铁路，而尼克松却拆掉了铁轨。关于这一点有一些重要事实需要澄清一下。历史学家记录了登月如何成为约翰·F.肯尼迪的遗产，在林登·约翰逊的领导下如何得以传承，而尼克松又如何不想加以延续。1987年到2008年任乔治·华盛顿大学太空政策研究所（Space Policy Institute）主任的约翰·洛格斯登（John Logsdon）查阅了尼克松与NASA相关的档案资料，全面总结了尼克松的太空政策：（1）将NASA从20世纪60年代的神圣地位降级为一个需要争夺资金的国内部门；（2）将载人航天飞行限制在距地球表面200英里以内的近地轨道；（3）把重点 放在没有明确目标的航天飞机项目上，不再开发能够把人类送上月球及更远地方的大型运载火箭。[3] 洛格斯登在他的《阿波罗之后：理查德·尼克松与美国太空计划》（After Apollo？：Richard Nixon and the American Space Program ）一书中指出，尼克松对阿波罗13号氧气储箱破裂引起的几近死亡的事件感到非常震惊，因而打算在1972年总统大选前取消阿波罗16号、阿波罗17号任务（取消计划未能实现），因为他担心悲剧不可避免，随之而来的批评会影响他的竞选连任。[4]
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然而，人们不应该谴责尼克松，因为他最关心的是财政责任。而且，如果目标是学习如何更有效地离开地球并返回，那么专注于近地活动，而不是发射到火星，也并不是一个糟糕的策略。实际上1962年11月，肯尼迪本人在白宫总统办公室对NASA局长詹姆斯·韦伯（James Webb）说：“我对太空没那么感兴趣。”而此时距其在莱斯大学发表呼吁1969年底实现人类登月的著名演说不过两个月。这句话说明了他和其他领导人当时对登月计划的真实看法，也暗示了为什么今天没有月球村。我们应当争夺的是地球上的核心地位，因为在肯尼迪看来，登月竞赛显然没有别的目的，就是为了“击败［苏联］，并证明虽然起步晚于苏联数年，但上帝保佑我们超过了他们”。他对韦伯说：“我觉得这件事就是胡闹。”[5] 肯尼迪在总统办公室和内阁会议室录制了260小时的秘密录音，甚至连他的助手都不知道，这个胡闹论断正是这些秘密录音的一部分，而我们却以为肯尼迪对登月野心勃勃。这些秘密录音直到2009年才完全公开。
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苏联人的想法和肯尼迪一样。对于苏联领导人来讲，太空探索只有达到一个目标，才配得上它的巨大开销和重重危险。苏联的目的主要与军事有关：运载火箭可以将货物送入太空，也可以将核弹头运送到全球任何地方。[6] 太空竞赛是第二次世界大战后苏联和美国之间基于导弹的核军备竞赛的延伸。打个比方，太空竞赛就是要在更高的地方夺得优势。随着美国击败苏联，实现了人类登月，并且无意在月球上建立军事基地，苏联人也不再有任何理由去追逐月球——美国也没有。[7] 在太空竞赛的鼎盛时期，无论是肯尼迪、约翰逊、尼克松、赫鲁晓夫还是勃列日涅夫，他们极力主张拿出数十亿美元或卢布支持太空探索，并不是因为他们对人类探索太空有多么关心，而是为了得到某些实际回报，如军事力量或在竞赛中占据上风。他们把人类送入太空，并不是因为我们就该这么做；就他们而言，还有更紧迫的事情需要投资。没有哪个国家可以用纳税人的钱无限制地参与太空竞赛。
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因此，登月这件事几乎和去月球没有什么关系。到达月球后，我们将到达火星和无垠宇宙——这种说法是太空爱好者在20世纪60年代受到阿波罗计划的激励后创造出来的。当然，今天的许多人感到失望，认为过去五十年没能实现这个梦想，是彻头彻尾的失败——但这是他们的梦想，而不是任何60年代或70年代领导人优先考虑的梦想，甚至不是普罗大众的梦想。对于当时的美国领导人来说，太空很重要，这一点没错，但在1969年登月完成后，尤其是在越战成本不断上升的情况下，太空竞赛的成本太高，既无法持续，也无法向美国公 众证明其合理性。把20世纪70年代变成一个迈向火星的十年计划，这个想法在开始前就结束了；尼克松向NASA发出了明确信号，表示白宫不会支持它。[8]
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回想起来，把资金浪费在研制“土星5号”火箭上似乎很愚蠢，虽然这项工程可以说是当代最伟大的壮举。但在20世纪60年代，阿波罗1号发射台上的三人死亡事件使这种危险显露无遗；阿波罗13号上发生的三人濒死事件让很多人产生了疑问，在缺乏明确目标的情况下，是否值得继续承受这些危险和花费，因为美国人在一年前就打败苏联人登上了月球。甚至在1969年阿波罗计划最激动人心的时刻，大多数美国人也不认为国家应该在太空探索上花这么多钱。[9] 当阿波罗计划在1972年前后被取消时，月球和其他深空目的地根本不具备军事重要性和经济潜力，无法证明人类继续进行危险昂贵的太空探索的合理性。纳税公众和代表他们的政客逐渐达成这样的共识。甚至大多数科学家更愿意用机器人探索月球，而不是把人类送上月球。
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 阿波罗计划之后的失误
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在实现登月半个世纪后的今天，人类的太空探索不过是六七名宇航员在位于地球上方几英里像罐头盒子一样的空间站里养蚂蚁，或者为学生做翻跟头表演。这一点对于许多太空爱好者来说，还是难以理解。1970年的时候谁也不会想到21世纪人类在太空的存在会如此有限。没错，进入太空的费用高得惊人，这一点限制了载人航天的商业投资。没错，20世纪70年代，除了纯粹的探索乐趣，没有什么令人信服的理由让人类进入太空。果真如此，那么国际空间站又是怎么回事？真不过如此吗？
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显然阿波罗计划之后存在着某些失误，这些失误妨碍了人类在近地轨道上的活动，而我们也已经接受了这些失误。天真也好，纯粹的傲慢也罢，人类的太空探索比我们预想的要困难得多，昂贵得多。各种意想不到、闻所未闻的事件以一种丑陋不堪的方式显现出来。尼克松政府基于当时的财政现状，曾想建立一个运载火箭系列，将卫星以相对较低的成本送入近地轨道。1970年3月，也就是阿波罗11号和阿波罗12号成功发射数月之后、命运不佳的阿波罗13号发射一个月之前，尼克松说：“我们必须……认识到，在严肃的国家优先事项体系中，太空支出必须占据适当位置。”“从现在起，我们在太空中的行为必须成为国家常规生活中的一部分，必须与其他重要事业一起规划。”[10]
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不幸的是，尼克松所说的“常规”事业最终变成了效率低下的官样文章，成为一个缺乏必要方针和财政约束、没有管理指引、无法开花结果的依赖政府拨款的太空计划。始于20世纪70年代初的航天飞机项目，从一个大胆承诺每两周运送一次的廉价低轨运载工具，堕落成一个贵得离谱、强烈依赖火箭的航天器系列，平均每年只飞行四次，在五架航天飞机中有两架发生了爆炸并导致机组人员死亡。航天飞机项目最大的缺陷在于它强调可重复使用，这就需要一定水平的维护，结果维护成本和时间均比使用一次性运载火箭要高。其结果是发射次数更少，而这又进一步降低了成本效率。由于航天飞机是NASA的主要发射装置，因此许多后续项目都受到了影响。根据航天飞机货舱规格设计的特定尺寸和质量的卫星不得不推迟或取消。航天飞机成本的超支，使性能更加优越的运载火箭技术的研发资金减少，进而形成一个恶性循环，导致NASA进入太空的成本越来越高，而不是越来越低。忘掉火星，忘掉月球吧。就是这个原因。
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今天，美国仍在为航天飞机项目付出高昂的代价，这种说法毫不夸张。因为2011年剩下的三架航天飞机退役，美国随即失去了将人类送入太空的能力。因此，美国必须向俄罗斯支付8000万美元，才能将一名美国宇航员送入太空。同样，始于20世纪80年代初“自由号空间站”的国际空间站（International Space Station，ISS），费用从预估的80亿美元激增到了1000亿美元，而尺寸只有中等大小，空间只够容纳7位访客，与许多人构想的用类似价格建造可容纳10000人的在轨城市的想法相去甚远。[11] ISS的高成本是由航天飞机发射的高成本，以及糟糕的设计和管理造成的。
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