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征服太空的十个挑战

2018-08-08

小猕猴智力画刊 2018年7期
关键词:总署太阳系小行星

1961年4月12日,苏联航天员加加林成为第一个进入太空的人;50多年后的今天,我们对宇宙的知识增长了多少?未来,太空科技的发展道路上,有十个重大的挑战,科学家将会如何应对呢?

挑战一 再次在月球上漫步

美国航天员阿姆斯特朗(Neil Armstrong)在1969年7月踏出“个人的一小步,人类的一大步”,当时,美国视苏联为太空科技(还有军事和政治)上的敌人。后来美国和苏联的对峙(即人们说的“冷战”)结束,美国对探索月球的热情便减退了。1972年以来,没有人类再踏足月球。中国在2003年开始了“嫦娥计划”,打算把中国航天员送到月球上,根据计划,2025至2030年间,将会有第一位中国人登上月球,这个计划会令中国跻身太空强国之列。从长远而言,中国希望在月球上建立一个常设的基地,开发月球的地下资源,如稀有的化学元素。

挑战二 进军火星

这颗红色星球曾给文人许多想象的空间。19世纪末,一些天文爱好者认为,火星表面的坑洞就是火星人开凿的运河!即使无人宇宙飞船已拍下了火星荒漠千里的景色,人们仍想找方法把它改造成第二个地球。美国希望在2020年左右,先派无人宇宙飞船登陆火星的卫星,再在2035至2040年间派人登陆火星表面。为此,美国需要一架适合远航、设备精良的宇宙飞船,这艘宇宙飞船只可以在太空中建造,因为它重得没法升空。由地球航行至火星需要几个月时间,航天员要一直待在狭窄的太空舱中,到达火星后,他们将要在当地生产食物和回程用的燃料——从岩石中提炼。在火星上,他们要避开辐射和沙尘暴,这个旅程需用时两年!

挑战三 尽量使用太阳能

在距地面3.6万千米的高处,太阳的辐射比地球表面高出10倍,假使我们可以在地球轨道上建立太阳能发电站,就可得到取之不尽的能源,减少我们对石油和原子能的依赖,但是,这太阳能发电站最快也要到2050年才能建成。欧洲太空总署将于2020年推出一颗模拟卫星,把收集到的太阳能通过激光传送到地面,将电力送到贫穷偏远的地区、海水淡化厂或船只上。日本也打算建造太空太阳能发电站,并预计在2030年进行测试。

挑战四 搜寻生命的蛛丝马迹

我们可以遥距寻找外星生物,但是地球的大气层会阻碍各种观测仪器。所以,欧洲的“达尔文计划”曾建议用人造卫星收集和分析其他行星发出的光线,寻找外星生命体的迹象。如果可以找到由水蒸气、氮气、二氧化碳包围的星球,就意味着那里很可能有生物存在!可惜,达尔文计划到如今仍然只是一个构思和计划,并没有开展任何实质性的工程。

挑战五 清理太空垃圾

地球附近的太空,已经成了一个巨型垃圾场!50年来,人类遗下的太空垃圾(废弃的人造卫星、散落的一节节推进火箭……)不断累积,直径达10厘米的垃圾共有2万多件!在离地面700至1000千米处,太空垃圾的密度很高,以致垃圾跟垃圾经常互相碰撞。欧洲太空总署计划在2030年制成一个太空垃圾清扫器:用钢缆将垃圾固定,然后把它切碎并往下拉,在大气层内焚烧……为了保证太空垃圾的数量不增加,人们每5—10年要进行一次“太空大扫除”。前人留下的垃圾,需要后人付出许多代价来清理。

挑战六 推出“太空制造”产品

原则上,在无重状态下生产的材料是没法在大气层内复制的,所以,国际太空站正努力地生产各种工业用物料。“太空制造”的产品十分优良,但是运输成本极高:每千克货物要10万欧元的运费。旅游界希望在地球轨道上分一杯羹,发展太空旅游。维珍航空公司自2012年开始,把乘客送上110千米的高空,也算是迈向太空旅游的一步吧!

挑战七 开发太空中未知的领域

对于太阳系的外缘(遥远的海王星之外),人类并不是很了解,然而,那里深藏着太阳系的许多秘密。科学家认为太阳系外缘隐藏着几千颗矮行星和彗星,几亿年不变!要在本世纪末前,向太阳系外缘派出无人宇宙飞船,科学家就必须利用“磁等离子体动力推力器”,制造速度极高的宇宙飞船—把燃料离子化,再加热至几百万度,产生极大的推动力。“磁等离子体动力推力器”现在尚在试验阶段,预计可在20年内开始使用。

挑战八 在宇宙中寻找水源

欧罗巴(木卫二)和伽尼米德(木卫三)是木星的两颗卫星,二者最令人吃惊之处,是它们冰封的表面下蕴含液态的水(水是生物存活的重要条件之一)!因此,美国和欧洲的太空总署正联手查证这两颗卫星上有没有生命——计划在2020年底,派出无人宇宙飞船到两颗卫星的附近,观察它们有没有海洋。接下来,科学家希望用机器人提取欧罗巴上的一些冰块,如果欧罗巴上有生命存在(即使是极简单的生命体),那么科学家一定会在本世纪内派航天员到火星。

挑战九 向更远的星空进发

要把人类送到土星或更远的太空去,就需要在推进技术上寻求突破。载人宇宙飞船需要力量较大的推动器,可以使用核能来推动。以核能推动宇宙飞船是一件十分复杂的事,星体发光也是靠此原理。2020年左右,以核能推动载人宇宙飞船的技术,可以在地球上进行测试,但要真的把它应用到太空之中,则最快也要在80年后。如果你想明天就出发去海王星,那实在是太异想天开了!

挑战十 小行星,你好

美国、欧洲和日本将在本世纪20年代,以无人宇宙飞船攫取一些小行星的碎片,研究太阳系的形成过程。许多小行星在45亿年前已经成形,并且从来没有改变过。如果小行星含有气体或稀有金属,人们可能在2050年后开始计划开发这些资源。一直以来,人类都在担心小行星撞向地球,如果我们了解小行星就可以找到應对方法,比如改变小行星的轨道。

多了解一点

“征服太空是一个没有尽头的计划!”

艾伦·杜巴是太空科技专家和物理学家,我们来看看他是怎么说的。

哪一项挑战是最有迫切性的?

我们应该学会以新的方法进入太空,因为50年来,火箭的技术没见到有什么改进!我们应该像生产汽车一样,推出一些性能更好、成本更低的系列,或者发明可以进入太空的飞机!2050年前,我们必须改革火箭升空的技术!

每个人都可以去太空吗?

未来,太空旅行将会成为一股潮流。从现在到2020年,可能会有数万人在太空中做短线旅游(离地面100千米内)。到2030年,在地球轨道上的旅馆度假将不再是有钱人的专利。

人类会征服整个太空吗?

我认为人类将会在整个太阳系建立基地,这事会在未来两个世纪内实现,至于冲出太阳系,则应该是500—1000年以后的事。以当前的科技,要前往太阳系以外的地方,是有去无回的,但是,我们不会因此而却步,科学家一定会寻找把人送到太阳系以外的地方的方法。

欧洲在征服太空中的角色

欧洲在世界太空科技中排行第二——仅次于美国而名列俄罗斯之前。欧洲太空总署发射了亚里安5型火箭(Ariane 5),把通信和地球观测卫星带进太空。欧洲太空总署也探索太阳系的卫星、积极参加国际太空站的活动。然而,不同于美国、俄罗斯、中国甚至印度,欧洲太空总署并没有把人送上太空,因为它缺乏载人宇宙飞船。2012年,欧洲太空总署开始讨论建造载人宇宙飞船的可能性。

征服太空后,我们可以住在何处?

征服太空的目的之一,就是为人类寻找新的定居地。以下两个太空定居点,听起来有点疯狂!

人造卫星殖民地

我们可以在月球环绕地球转动的轨道上,建立几个长达几千米的太空站,太空站可接待1万到100万人,站内的大型圆柱体,可制造一个重力跟地球相仿的环境。

把火星改造成第二个地球

当人类真的可以踏足这颗红色行星,便会致力于将它变成适合我们居住的地方:有大气层、森林、河流、海洋……但是,外星地球化不是一件容易的事,可能要花上1000年的时间!

太阳系之外

目前科学家已发现超过500颗太阳系以外的星体,但大多都是以间接的方法发现的,而不是直接观察到的。天文学家用了很长时间印证和推断星体的存在。

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