@ 2015.09.24 , 19:00

太空旅行的梦想与前景

为什么尽管有着超过60年的努力,我们却没有继续“太空旅行”?很简单!对于恒星际旅行我们有梦想,但没有技术,而对行星际旅行我们有技术,却没有梦想!

恒星际旅行:没有技术的梦想

最大的问题是到达那里,这是一个简单的尺度问题。帆船和柴油船是航行在地球海洋的很好方式,但对于远100倍的距离这一技术是不够在几天内让我们到达月球的。为此我们需要化学火箭。类似地,另一个100倍的步进使我们进入行星际空间,而为此化学火箭是不够的。我们需要完全不同的技术,如太阳能或核能驱动的离子火箭。但最大的步进是恒星际空间,在那里,距离尺度因子比行星际距离大10万倍以上。我们所需的推进技术与先进离子发动机的共同点就像是离子发动机和帆船帆布的共同点一样。你可以忘了“曲速驱动”,因为物理学家们还不理解空间(例如重力)实际上是什么,更别提如何人工改变其维度。实际上甚至没有任何物理证据说明它是量子场!

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标志性的进取号星舰和曲速驱动。(Credit: Star Trek)

然后是目的地的问题。正如我在《星际旅行:天文学家的指南》中指出的:星际旅行的成本是如此之大,在开始第一次飞行前很久,我们就会通过遥感彻底探索我们的目的地。对于万亿美元的使命,我们不会前去一个我们没有提前知道带有行星系统的星系。而且不只是任何行星系统,为了证明经济和安全风险的合理性,它必须在其宜居区有一个地球大小的有含氧大气的行星,这意味着一个生物圈——也意味着生命!我们不会航行上一百年,只为了生活在圆顶下,穿着宇航服探索有压倒性重力的荒芜之地。此外,我们在开始创建一个太阳附近宜居区内地球大小行星的目录。你可以忘记50光年内的所有热门目的地,例如半人马座α星、巴纳德星或天苑四。而如果你要有氧气的大气,好吧,甚至在看遍了100光年或更远,我们还没有找到一个。我们的第一个恒星际旅行将不会是去半人马座α星的廉价短途旅行,而是技术要求高得多的超过100光年的远征……或更远。

我们有很多关于这个恒星际领域的梦想,以及当我们到达那里时我们会做什么。科幻小说充满了一系列扑朔迷离的可能性。但事实的真相是,这些都是没有能在最低限度上让我们进行100光年旅性的已知技术支持的梦想。虽然恒星际旅行提出的挑战远远超出我们目前的理解和技术水平,行星际旅行在我们现有技术造诣内是完全可行的。这不是技术问题,而仅仅是政治意愿。

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行星际旅行:没有梦想的技术

与恒星际设定相比较,有关行星际旅行和殖民的科幻小说相对较少。然而,正如我在书中讨论过的,行星际旅行和殖民即使在今天也是在我们的技术地平线之内的。我们有技术,但我们还没有令人信服的(科幻小说)梦想要拿它做什么!

最大的挑战是,土星轨道以外的几乎所有目的地都是冰封的世界和小卫星。它们不提供能建造栖居地的有用资源,除非我们用极端的费用,在资源丰富的内太阳系建造它们,再在字面意义上拖着它们数十亿英里到达这些遥远的目的地。做完这些,我们仍然需要补给船带给我们替换零部件和食品,虽然水和可呼吸大气可以用当地丰富的水冰制造。另外,在一颗木星卫星上开采一公斤冰,比一路去冥王星开采同一公斤冰更便宜。

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月球上的采矿设施(Credit: NASA)

靠近木星和土星的最可能目的地不是“放射性”的因而对人类是致命的(四颗伽利略卫星),就是有毒和寒冷的(泰坦)。任何一个小学生都能告诉你,第一手看到它们具有巨大的好奇心价值,但是投资于一个过分简化的旅游产业,只能迎合微乎其微的一小部分即是探险者又身体极其健康的有钱人是没有什么用的。尽管如此,将会有前往外太阳系的旅行,但这些会是作为支持在火星、小行星和其它资源丰富的内太阳系目的地上的活动而开发出来的快速行星际旅行的副产品而出现。在竞争公司间将有巨大商业压力来用最低成本推进新火箭技术来缩短到火星的旅行时间。

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用核反应堆供电的VASIMR火箭去火星。(Credit:Ad Astra)

在火箭技术方面,在未来几十年里我们将采取的道路是非常清晰的。我们将始于特定比冲(SI= 400秒)10倍于化学火箭的太阳能电动离子发动机。它们将使用可展开的大型光伏薄膜驱动,它将提供数兆瓦动力,驱动飞船飞越阳光丰富的内太阳系。即使是基于目前的离子发动机设计,在几周或更少时间内抵达火星的旅行也是很容易预见的。研发这样的发动机没有明显的技术障碍。虽然小型千瓦离子发动机已被用于NASA黎明号等太空船,它们只提供单引擎一盎司的推力。正准备未来几年内在国际空间站上测试VASIMR发动机将提供数磅推力。2022年,一艘现在正在设计的火星飞船会测试高效太阳能电池阵列和新一代离子发动机,工作在远高于黎明号或深空一号的推力上。二十年代中期的小行星交会任务也预期会测试一台更强大的离子发动机。因此,我们正在离开化学火箭,并且下一步至少在2030年代的多数未来行星际任务中转向全尺寸离子发动机技术。

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裂变火箭概念图 (Credit: NASA)

具有1万秒以上的特定比冲,核火箭真正是行星际旅行的未来驮马,有望在几天或几周内抵达外行星。但现在的设计很巨大,而且在西方民主国家中没有政治意愿将它们放上发射台。只有对风险的公众控制较弱的某国才可能会在本世纪中叶之前部署核火箭。这将使核火箭的现实地平线最好也要等到二十一世纪后期。现在,更安全的太阳能发电系统将占据主导地位。事实上,他们已有衍生技术直接影响本土绿色能源发展!

如今,一个家庭业主可以用太阳能电池板覆盖他们的屋顶,以产生他们所需要的电力。使用驱动快速行星际旅行的离子发动机所需的太阳能技术,这样的太阳能电池板可能只占一平方码屋顶表面和几公斤重量!这就是行星际旅行将如何加速地面上的绿色能源发展。这与核火箭发展计划不同,因为没有经济或商业原因来建造小型轻量的便携式核反应堆。这个生态位已经被屋顶太阳能电池板和能源生产的非集中战略完全占据了。

在技术方面使高速行星际旅行成为现实的机会就在我们的掌握中。这就是为什么我对在三十年代登陆火星的前景,以及这个努力将在四十年代及以后把我们带向何方感到兴奋。星际旅行可能永远不会是罗伯特·海因莱因在他的许多书中描述的家庭式短途太空旅游,但随着时间推移它会逐渐越来越成为现实。不可想象到二十二世纪探险家和科学家的定班火星旅行不是司空见惯的事。随着火箭技术的进步,以及旅行时间变成几周甚至几天,而不是几年,这个世纪中到月球和火星的有限商业旅游也会成为可能。

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火星城市概念图(Credit: MostEpicStuff.com)

在这以后,在接下来的几个世纪中我们有很多可以做的,在月球和火星上接近富水位置处建立实际的城市,建立社会复杂、体验丰富,而且可能政治独立的人类环境。

与此同时,让我们开始写更多科幻小说庆祝我们太阳系中的许多令人兴奋的可能性,并且帮助我们更好地梦想!

而群星则可以再等上一个千年。

本文译自 HuffPost,由译者 王丢兜 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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