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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 还需要的其他火星关键技术
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按照边缘地带的比喻，火星上的机器人既是工人，也是驮物的牛马。需要完善的一项关键技术是自动驾驶汽车。它可以通过编程在火星地形上行进。这样的车辆上可以装配上加压装置，为2～4人提供一周以上的补给，里面有水、空气和食物。人们在该装置里工作、睡觉，不需要自己驾驶。这样，我们就可以探索火星的广大区域。虽然没有行人和车流，但是自动驾驶汽车需要对干涸的河床、峡谷、悬崖、岩石和其他“道路”危险保持警惕。NASA正在研发此类车辆用于局部探索。车辆后面挂着两套加压宇航服，宇航员穿上后就可以爬出加压舱，快速离开车辆开展探索工作。
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车辆自己也可以执行任务，比如往返于矿山或水源之间，运送或收集物资。有些车辆还可以通过压平并烧结土壤来建造真正的道路。随着时间的推移，就可以建造起一个巨大的道路网，并且每隔一段就安装一个电子路标来引导其他车辆。其中最重要的自动驾驶车辆是挖掘机。它可以昼夜不停地挖掘土壤来建造庇护所。所有这些车辆都比当前这代火星车先进，因为它们可以在本地编程或控制，而不是由地球上的任务控制中心来控制。地球任务控制中心发出的指令以光速传送到火星，仍然需要4～24分钟。NASA的“机遇号”火星车花了11年的时间才漫游了26.2英里，相当于马拉松的长度。尽管火星车技术十分了得，但这些车辆只能根据地球控制人员发出的一系列指令，一英寸一英寸地移动，因为控制人员担心他们宝贵的漫游者会困在沙地里，或跌到没看见的深谷中。
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人工智能会有很大帮助。“好奇号”火星车上的初代人工智能系统能够识别岩石和其他感兴趣的物体，并将相机对准它们。新一代的自动车辆和机器，无论在地球上还是在火星上，都将能独立思考，尽管范围有限。就像无人驾驶汽车这一新兴技术一样，这些机器可以通过视觉、嗅觉或触觉感知周围环境，分析输入并将其与预先编程的知识库进行比对，然后采取相应行动，继续前进、改变方向或停止。就像地球上的语音识别软件，机器学习将这种能力提升到一个更高的水平，能够利用统计技术做出越来越好的动作或决策。
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这绝不是科幻小说。在2018年5月的谷歌I/O全球开发者大会上，谷歌首席执行官（CEO）桑达尔·皮查伊（Sundar Pichai）演示了谷歌人工智能助理给真人打电话，一次是预约理发，另一次是预订晚餐。尽管对话很复杂，但人工智能的第一次通话完美无缺，因为人工智能会倾听发廊工作人员说话，然后根据需要的服务类型选择时间。第二通电话给人留下的印象更为深刻，因为对方是一位非英语母语人士。他解释说，这家餐厅不接受4人以下的派对预订。人工智能听懂了蹩脚的英语，询问周三通常要等待多长时间，并确定了相应路线。
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增强现实技术（AR）也可以缓解火星生活的压力。如今，我们可以佩戴一种感应地球磁场的设备，当你面向北方时，它会发出轻微的嗡嗡声。深度失聪的人可以使用植入耳蜗来感知声音，我们很快就能通过类似 的电子接口为盲人提供视觉元素。也许我们能将视觉和感觉扩展到可见光谱以外，包括红外线和紫外线。也许有那么一天，在火星上一些目前尚未实现的技术会用海洋、森林以及地球上其他珍贵元素的视觉、气味和声音来安抚大脑，或使定居者能够与家乡的亲友进行更密切的互动。
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至于3D打印，可以像地球一样把打印机固定起来，用一种基于土壤或火星之旅中丢弃的材料（如降落伞、橡胶或塑料）制成的油墨打印出工具和其他小配件。跟我们看到的月球计划类似，机器人打印机可以在人类之前到达，预先打印出庇护所或道路。在芝加哥的西北大学，以拉米勒·沙阿（Ramille Shah）为首的一个小组开发出一种方法，可用月球或火星土壤制造3D打印机的油墨。他们把这些物质与简单的溶剂以及生物聚合物结合在一起，产生一种类似橡胶的柔韧且结实的材料，而其重量只有土壤的90%。[45] 该小组用这种材料做出了连锁砖（interlocking brick）。其长期目标是使整个过程完全自动化，这样火星车就可以采集一勺土壤物质，制造油墨，再输送给打印机。到达火星初期，劳动力市场会很紧张。至少可以这么说，在外面工作的代价是暴露在辐射中，而且要花很多时间来穿宇航服。任何事情，只要机器人能做的，比如开车、搬运、挖掘、堆放，都必须由机器人来完成。
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所有这些技术设备都很重、很精细，却都需要在火星上着陆。这让人们注意到需要完善的另一项技术：重型技术设备着陆技术。事实上，尽管情况正在好转，但我们在火星着陆方面的记录并不怎么样。一旦任务成功，控制中心就会欢呼雀跃，成年男人们相互拥抱、亲吻，他们这样做的理由很充分，因为一半以上的火星任务都失败了。许多航天器在着陆时坠毁。苏联/俄罗斯在20次尝试中只有2次成功。20世纪90年代，NASA的6次火星任务中有4次失败了。工程师们称之为火星防御系统。但是自2000年以来，12次火星任务中“只有”3次失败……尽管这3次失败任务中有2次是因为着陆失败。可以肯定地说，在火星上着陆是很困难的。这颗星球的引力较大而大气层稀薄，使得空气制动非常复杂。没有一吨以上的物体在火星上成功着陆过。[46] 而那些自主航天器的重量？有些重达数吨。
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NASA正在研制一种进入火星大气层的航天器——低密度超声速减速器（Low-Density Supersonic Decelerator，LDSD）。它看起来有点像飞碟。LDSD会配置一个巨大的可充气凯夫拉纤维管，用来产生降低超声速航天器速度的空气阻力，短短几分钟内就能将速度从6千米/秒降至0.5千米/秒。这样的速度足以让低层大气（尽管仍然很稀薄）支撑起巨大的降落伞。即使这样，下降速度也还是不够慢。需要发动机朝向火星表面的反向推进，进一步降低航天器速度，这样飞船才能轻柔地直立降落。NASA火星科学实验室（MSL）携带着899千克的“好奇号”火星车，几乎就是用这种方式进入火星的。在初始制动时，火星科学实验室用4.5米直径的隔热罩代替LDSD。隔热罩的最高温度达到了2090℃，该温度足以融化铁。[47] 这是有史以来最大的隔热罩，不能保护比“好奇号”更重的物体了。LDSD正在测试超过3吨的负载。
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如果没有一个能稳妥进入火星大气层的航天器，移民火星就将无限期推迟。
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火星移民还需要一个完善的闭环系统。ISS和核潜艇会定期获得新的补给；但事实是，没有任何人能够造出一个水、氧气和二氧化碳完全守恒的闭环系统。这一尝试在生物圈2号项目中失败了。火星上的这种闭环系统将以审慎的方式开始，并提供氧气和水这样的必需品作为应急储备。生物圈2号是一项雄心勃勃的实验，有5个不同的地球生物群落。火星上的栖息地没有那么复杂，不需要丛林、湿地和海岸环境。但它们应该划分成若干个部分，这样一来，任何一个区域出现问题——比如我们在生物圈2号中看到的细菌生长会意想不到地消耗氧气——都可以得到迅速隔离和修复。在“火星城市设计”（Mars City Design）主办的比赛中获奖的所有栖息地设计方案，都是荒诞至极的东西。“火星城市设计”是一个设计火星建筑（他们称之为“Marschitecture”）的合作平台。所有设计都令人眼花缭乱，打算让我们在会爬之前就学会飞。[48] 这些宏伟的建筑设计将在火星上发展演变，而不是在地球上。城市将从最初的一点点逐渐地发展起来，以实用性为指导，而不是靠着那些从未去过该地区的人的想象。太愚蠢了。这些设计永远不会实现。
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 谁去？
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一开始，前往火星的旅行者将由政府航天机构精心挑选。可能到21世纪晚些时候，定居点就应该可以实现，事情目前正在稳步向前。移民将是那些能够轻松承担旅行费用或被迫寻求新生活的人，就像美国早期的殖民 者和其他定居者那样，把大部分资产投入一场叫作美洲的赌博当中去。当你已经没有什么可失去，却可能得到所有的时候，做出这个决定也许会比较容易。
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让我们探究一下这些场景。有好几个国家把目光投向了火星。俄罗斯希望在那里有自己的存在，但它们仍被如此众多的失败所困扰。俄罗斯从未完全成功地在火星或月球上着陆过。即使当代，俄罗斯在2011年与中国合作的“火卫一—土壤”/“萤火一号”（Phobos-Grunt/Yinghuo-1）任务也没能飞出近地轨道。其2016年与ESA合作的“ExoMars轨道器/Schiaparelli EDL演示着陆器”（ExoMars Orbiter/Schiaparelli EDL Demo Lander）任务仅取得部分成功：轨道器成功，但着陆器坠毁。俄罗斯在2045年之前载人登陆火星的计划尚不完善，俄罗斯联邦航天局目前还没有宣布在此之前有任何机器人任务计划。中国也有许多计划中的任务。载人火星任务可能在2035年实现，而且它很可能载的是“男人”，没有女性。尽管美国在到达火星方面更有经验，但中国正通过将人类送往火星来击败美国；而美国在完全意识到这件事之前，可能不会重视这方面的努力。
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NASA正在对送往火星的最佳宇航员乘组进行研究。这个小组将会包含4～6人，可能包括男人和女人，尤其是如果超过4人的话。4人乘组很可能都是男性。一个全是女性的小组实际上有好处：女性消耗的热量更少，因此需要的食物也更少（关系到质量、燃料和钱）；且与男性相比，30岁以下的女性不容易受到辐射引起的内皮和血管损伤。[49] 混合性别乘组的性动力及其对任务的影响不确定，很可能会导致采用4男或4男2女任务乘组，而不是采用平衡的性别比例——可以肯定，这将是一个引发激烈争论的话题。
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NASA没有完全公布其选择宇航员的标准，主要是因为该机构不希望有人因作弊而被选中。不过可以肯定，NASA将使用一套独立的标准来选拔火星任务宇航员，不同于ISS或月球任务的选拔标准。在水星、双子座和阿波罗计划的时代，一切都围绕着A型性格：努力、有运动能力、求胜心切。一旦进入太空变得更有把握，重点就将从具有专业技术和领导能力的军事飞行员转变为具有多种技能的科学家和工程师，ISS就是一个例子。然而，火星之旅将是一个全新的挑战，需要独特的个性。
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首先，让我们看一下任务概貌。火星任务将持续两三年，并被限制在拥挤的空间里，单调、孤独，要承受身体上的挑战。因此，NASA正在考虑那些既能迎接这些挑战，又能在性格和技能方面互补的候选人。[50] 性格特征将包括传统的大五人格理论（Big Five）的一些组合，这种人格理论也适用于潜艇任务人员的选拔：神经质性（相反，情绪稳定程度）、外倾性、开放性、宜人性和责任心。[51] 在前往火星的长期任务中，可能也需要某种程度的内向——也就是说，一个喜欢独处……或至少能够容忍独处的人，比如那些在南极 的冬季还能进行科学研究并保持清醒的人。与这五大人格特质相关的是韧性、好奇心和创造力。无忧无虑可能也是一个重要的性格特征。特里斯坦·巴辛斯韦特（Tristan Bassingthwaighte）是夏威夷HI-SEAS 5号任务的一员。他告诉我，他之所以被选中参与火星模拟项目，可能是因为他的性格特点：有趣，讨人喜欢。然而，要知道哪种性格最管用，就像玩猜谜游戏一样，没有办法提前预测，最终也没有人能验证这些选择，除非几十次火星任务都带上不同性格特征的人。
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至于技能标准，就清楚得多了。每个乘组人员都必须身体健康、受过良好教育、聪明，在某一项任务中有很强的专业知识，同时还要对飞行中和火星任务的各个方面都有充分的了解。假设在火星上停留几个月，那第一批宇航员必须在每个领域至少有一位专家：飞行、生物、地质、化学工程和机械工程。这些核心知识将有助于确保宇航员能够安全到达火星（飞行员），建站（工程师），并研究火星（科学家）。飞行员和工程师经常会有交叉重叠。除此之外，他们中还要有两人接受过医护人员培训，即便在一名医护人员受伤的情况下也有备份。对于所有其他次要技能是否需要冗余要慎重考虑，比如食物准备、园艺、计算机或电子设备维护。
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请记住，NASA、ESA和其他航天机构（还）没有考虑长期定居。最初的几次完全是科学任务，在所谓的勘探区域建立基地，也没有将基地连成村庄的打算。提议的勘探区域分散在火星上。一些基地可能会被放弃，还有一些则可能被不同的宇航员乘组到访几次。NASA认为自己在火星上的任务是探索，有点像16世纪和17世纪的探险家。在政府航天机构的信息和经验的指导或启发下，定居点或殖民地会在稍后出现，但在资金和执行方面都独立于政府。如果事实证明火星没有什么价值，或者存在一些意想不到的危险使永久定居变得过于困难——比如毒素或低重力问题，那么我们可能会在21世纪就被迫放弃第二个地球的梦想。
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让我们假设第一代人类探险家证明了火星殖民具有可行性。
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谁真的会去呢？同样，我们可以从历史中寻找线索。在美洲，逃离宗教迫害的动机出现之前，一些最早的拓荒者是寻找财富的人。其中包括深入荒野之地的勘探者和猎人。如果采矿变得有利可图，男性和女性肯定都会报名延长在火星上停留的时间，不一定要在火星上待上一辈子，而是待上10年左右攒下一大笔钱。有些人可能会一直待在那里，而大多数人最终会乘坐贸易飞船返回地球。
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很难想象宗教迫害会驱使人们移民火星，不是因为宗教不再重要，而是因为那些最受压迫的人，比如缅甸的罗兴亚人，往往是最贫穷的人，无力负担这段旅程。为了逃脱迫害，他们可能会去另一个国家居住，而不是去一个新的星球。然而，意识形态可能是前往火星的驱动因素。很多人，毫无疑问有数以百万计的人，对地球上的政治和其他事情感到非常沮丧，他们会选择在火星上脱离政府管制获得完全自由。许多人会被边缘地带和期望所吸引，认为只要第一个到达新世界，就可以凭借自己的天赋获得土地和财富。毕竟，那些在美国生活时间最长的家庭（不包括印第安人）往往是最富有的。
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我认为归根结底是钱的问题。一旦人们能够承担火星旅行的费用，他们就会去。物理学家弗里曼·戴森也考虑过这个问题。他将太空迁移与其他大迁移进行了比较。他估计，“五月花号”的航行平均花费了一个家庭大约7.5年的工资。摩门教徒长途跋涉去犹他州花费了大约2.5年的工资。[52] 目前，火星之旅的花费将超过10亿美元，相当于10000年的工资。没有人能负担得起。但如果是一次100万美元（大约为10年的工资）的旅行，也许就负担得起了。毕竟，有些人买房子花了大约10年的工资。我们能把价格降到这么低吗？戴森还在这篇题为《朝圣者、圣徒和宇航员》（“Pilgrims，Saints and Spacemen”）的文章中计算出，哥伦布和“五月花号”之间的航行间隔了128年；在这段时间里，欧洲各国建造船只，建立商业基础设施，使著名的“五月花号”能够从英国普利茅斯出发，载着102名乘客，到达马萨诸塞州的科德角。2085年距离人造卫星“斯普特尼克”升空正好128年，我认为到那个时候，人们应当能够出得起火星旅行的费用了。
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