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《科技潮》

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地球人准备好了吗?

2013-06-29 21:37:38

火星移民

地球人准备好了吗?

文  奇云

“航天之父”齐奥尔科夫斯基曾说,地球是人类的摇篮,但是人类不能永远生活在摇篮里,在不远的将来,人类将移民火星,你相信吗?

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火星移民开始报名

火星,遥远而又神秘的星球,千百年来人类不断猜想它曾经孕育了发达的文明。即便人类目前仍然没有在火星表面发现文明的痕迹,但想象力总是能为人类新的幻想创造可能。环境恶化、地震海啸、太阳膨胀、彗星撞击,人类面对着许多现实存在和想象出的毁灭性灾难,这也迫使人类渴望寻找第二个家园。在火星移民“火星发烧友”中,最热心的要算荷兰民间机构“火星一号”基金会了。

2013422日,“火星一号”基金会在纽约举行首场火星移民推介会,宣布火星移民志愿者筛选工作正式启动,目标是2023年实现人类火星移民,在那未知的红色星球,拓荒、创造……永远不再返回。2013426日,全球第二场推介会在上海召开。据该公司CEO巴斯•兰斯多普透露,选择上海进行推介出于两个原因。一是中国近年来太空探索发展迅速,二是中国人口多,这就意味着申请者多。根据该计划的组织者介绍,美国的申请者最多,为17324人,其次是中国的10241人和英国的3581人,俄罗斯、墨西哥、巴西、加拿大、哥伦比亚、阿根廷和印度依次排列。这些志愿者将被分成4人一组,进行前往火星的单程之旅训练,历时达7年之久,最后由公众投票产生前往火星的志愿者小组。

“火星一号”的移民计划主要分为两条线进行。一方面,是技术准备和定居点建设。在该组织网站的技术一栏显示,20133月,他们已经和美国百诺肯太空发展公司签约,后者正负责开发“火星移民”的生命支持系统和宇航服。此外,他们还将向美国的航天技术机构购置飞行器。到2016年,将进行第一次试验发射。2018年后,火星探测器将发射升空。如果一切顺利,到2021年,他们将向火星定居点运送水、氧气、食品等物资。定居点的蓝图现在也已经出炉。届时,荒凉的火星表面将出现一组白色的太空舱,出于抵挡辐射的需要,舱体表面可能被沙石覆盖,能量源则是几块巨大的太阳能电池板。定居点内部则兼具了生活、工作、娱乐功能,有冰箱,还有用来栽培蔬菜的温室。

一切顺利的情况下,首批4名宇航员将在2022年踏上他们的旅程,并于20234月抵达火星。可怕是这次启程将没有回头路——永久性地移民到那尘埃遍布的星球上,每隔一年就会有新的移民者来到这里,从而让火星基地社区缓慢增长。

火星移民梦靠谱吗?

就目前人类已经了解的宇宙,综合距离以及人类生存环境来说,应该是火星最适合太空移民。火星相对来说距离地球较近,其实距离地球最近的一个星球是月球,但是月球上没有大气。除月球外,金星距离地球最近,但是金星过于浓密的大气使其大气压强是地球的90倍,约相当于地球海洋中1000米深度处的压强,而且由于被厚厚的二氧化碳大气层覆盖,金星表面温度也极高。除了这两个星球外,距离地球最近的就是火星,而且与其他行星相比,火星的环境与地球最为相似,火星上有四季、大气和重力。

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火星殖民地想像。

虽然火星是目前太阳系中和地球相似度最高的一个星球,但与地球大气不同,火星大气含氧量非常稀薄,气体介质以一氧化碳和二氧化碳为主,由于大气密度只有地球的1%,不能保存热量,导致其表面温度极低,最低温度可达零下100 摄氏度。而且由于火星上极低的气压,使得即便有非液态的水存在,也会从非液态直接升华变成气态,而不可能变成地球生命最需要的液态水。正因如此,为了改造火星环境,一些科学家提出分步骤开发火星的设想。

第一步是先让火星这个寒冷的星球变暖。升温的办法之一是建化工厂、用小型核反应炉发电,释放温室气体,在火星表面形成保护层,以阻止热量逃散。为了让火星恢复温暖,有人还考虑在火星轨道上装置大镜子,彼此相隔大约90千米之远,反射阳光让火星南极的冰冻物质融化,并在火星表面上制造温室气体。这样,火星平均温度就会高于水的冰点,有利于种植植物的生长,而植物的蔓延生长又可以制造氧气。完成这一步的时间,大概需要150年左右的时间。

第二步是释放火星土壤中的大气。现在的火星上只有稀薄的大气,但在30亿年前,火星的表面包围着厚厚的二氧化碳大气层。由于火星变冷,大部分二氧化碳都被土壤吸收并冷冻起来。当人类完成改造火星第一步后,温暖的气候将使这些二氧化碳释放出来。土壤中释放出来的二氧化碳可以在20年内让火星温度再升高5.6℃,这时候一些冰开始融化成水,水也开始蒸发,并形成雨雪等天气现象。据估算,大概有200年的时间,火星表面将拥有0.1个大气压的二氧化碳。

第三步是种植植物。随着土壤中二氧化碳的不断释放,大概有250年的时间,火星上的大气含量将达到0.21个大气压,相当于地球的五分之一,其中大部分是二氧化碳。此时的火星居民不用穿太空服就可以走出户外,当然他们还需要氧气袋。普通飞机可以在火星上起降,人们还将建设一个带有穹顶的封闭型城市。一旦火星赤道附近的温度长年保持在0℃以上,火星上就可以有稳定的液态水供应。

第四步是收获氧气。植物的生长,意味着氧气的产生,光合作用使二氧化碳逐渐变成氧气。为了加快制造氧气的速度,火星居民将大规模种植各种植物,并小心处理各种垃圾,因为垃圾腐败会制造大量二氧化碳。要使火星植物释放出足够人类自由呼吸的氧气,大概需要1000年。在这1000年里,火星居民要不停地种植、收获,努力“生产”更多的氧气。

火星移民困难重重

正当“火星一号”基金会的火星移民计划在网民和媒体中间受到热议和追捧时,一些专家却在一旁泼起了冷水。美国宇航局官员、火星探测器“好奇号”飞行项目主管托斯特•佐恩斥责“火星移民”计划很不负责任。“本着对生命负责的态度,科学家首先要确保这是一个能够自由往返的旅行。如果不能适应火星生存,至少志愿者应该有要求返回的权利。”

在美国宇航局喷气推进实验室工作多年的路易斯•弗里德曼说:“这就是一场赤裸裸的商业秀。他们能通过电视秀播出得到很多广告的话,也许可以赚到钱。但如果靠这些钱就能把人送去火星定居,我会感到吃惊。而且,看起来,火星上的移民能活多久,是由他们能筹到多少钱决定的。”专家们普遍认为,随着时间的推移,进行火星移民的可能性会越来越高,但这还是一个比较遥远的事情。考虑到载人飞往火星和返回地球的绝对安全性,当前尚需亟待突破下列技术难题。

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火星地形图,可明显看出火星南北半球之间的差异。

第一个难题就是研制出大推力的重型火箭。只有把载人火星飞船成功送入地火转移轨道,火星移民便离成功近了一步。鉴于在火星上制造氧气和火箭燃料尚无直接经验,载人飞船必须携带往返飞行和滞留火星期间所需的全部物资,因而其总重必然大于45吨的阿波罗登月飞船。这样一来,如果是从地面直接发射,需要研制比土星5号火箭推力还要大的运载火箭。如果是近地轨道发射,目前的最大载重30吨的航天飞机亦难胜任,何况2010年前该机将停止飞行;如果是送到空间站上组装后发射,30年后现在建设的国际空间站业已报废,需要建设新的大型空间站和运送部件的航天器;如果是从月球上发射,需要在2015年或2020年开始建设月球基地,使其能够承担组装和发射飞船的任务。以上几种技术途径,无论选择哪一种,其工作艰巨性都是空前的。

其次是载人飞船安全着陆难题。飞船着陆舱从离轨到登陆火星过程中,因为不能由地面指挥中心进行实时控制,故而要求自动控制装置工作必须绝对可靠,降落伞面积要足够大,制动火箭性能非常稳定,还要防止火星风暴的干扰。着陆舱拟分下降段和上升段,下降段落地时要有缓冲装置,上升段需要带升空火箭。宇航员完成考察任务后,将乘上升段飞行到轨道上与飞船对接,再返回地球。解决这些难题要比解决无人航天器软着陆火星困难得多。

再次是返回地球难题。飞船从环绕火星轨道转移到奔向地球的霍曼轨道,同样需要把握出发时机,其制导系统和推进系统工作必须稳定可靠。在返回地球飞行过程中,飞船要及时接收地球指挥中心的遥控指令,适时调整姿态并保持正确航向。当飞船进入地球轨道后,要与地球指挥中心相配合,准时释放返回舱。宇航员将乘坐返回舱,完成从离轨到着陆的回收任务,这就要求返回舱携带的控制和通讯设备、降落伞和制动火箭在440天之后,工作性能仍处于良好状态。显而易见,这比对近地轨道载人飞船和登月载人飞船的回收要求更为严格,研制这些设备遇到的问题也更为复杂。

然而即使研制出重型火箭,火星移民的道路依然充满艰辛。乘坐普通的飞船从地球到火星往返至少要520天,这么长的飞行时间就会带来一系列问题。

第一是心理问题。因为即使研制出重型火箭,飞船的体积也不可能无限扩大,飞行乘组的几个人要在狭小的飞船空间里度过500多天,必然会产生心理问题。

第二是辐射问题。众所周知,地球强大的磁场是保护人类免遭外太空各种致命辐射的生死屏障,因此当飞行器在地球轨道飞行时,地球磁场能够为其屏蔽掉大量辐射,但是如果长时间在宇宙空间飞行,远离地球,就会面临很严重的辐射问题。科学家曾经考虑采取被动防御辐射和主动防御辐射。被动防御辐射就是加厚飞船的舱壁,但这样做又会加重运载负担。主动防御辐射就是通过技术在飞船周围产生人工强磁场,使射向飞船的辐射粒子偏离,但是这种方法在技术上又太复杂,难以实现。所以,对于防辐射屏蔽技术还需进一步攻关。

第三是失重问题。长期在太空飞行,人体一直处于失重状态会对健康产生很大影响,造成肌肉萎缩、骨骼脱钙、心血管受损等。科学家曾设想通过人造重力减轻长期失重对身体的影响,但是也由于技术复杂、成本高昂难以实施。

针对这些难题,科学家已经想出了几个解决的方法。

由于长时间的宇宙航行意味着航天员要承受更多宇宙射线的辐射,伴随心理和生理上的问题,因此要实现太空移民最根本的方法就需要尽量缩短宇宙航行的时间,即研制出全新的推进系统。为此,科学家已提出采用核动力火箭或可变比冲磁等离子体火箭等代替常规火箭发射飞船。可变比冲磁等离子体火箭是利用无线电波电离加热推进剂,并用磁场加速产生的等离子体产生推力,它功率大、推力大、比冲高。一旦该火箭研制成功,利用其发射飞船,飞船只需一个月左右的时间就可以抵达火星,但是目前看来这个技术实现的难度非常大。

因此现在核动力火箭的呼声比较高,一些大国包括美国、俄罗斯在内都将研究重心放在了核动力火箭身上。用核动力火箭发射飞船速度很快,可以大大减少飞船飞向火星的时间,利用目前的化学火箭发射飞船需要8个月左右的时间到达火星,而利用核动力火箭发射飞船则只需2个月甚至更短的时间抵达。

此前,美国的“普罗米修斯计划”曾打算研制核动力飞船,但是核动力飞船会产生很强的核辐射,相当于航天员每天拍8X光片。由于当时的技术难以解决这一问题,因此该计划被搁浅,现在随着技术的发展,核辐射的问题有可能得以解决。因此目前来看,核动力火箭以及核动力飞船,是人类到达火星或其他遥远类地行星的一个捷径。美国科学家称,太阳和其他恒星的动力源——核聚变,将来可用于助推火箭,使宇航员最快能够在30天内往返火星。当然如果想大规模的移民还需要研制出更先进、成本更低、速度更快的运输系统,只有有了这样的运输系统,太空移民才可能实现。

此外,科学家还提出可以先载人登陆小行星,然后以小行星作为中转站,再登陆火星。虽然小行星上可能有水和矿藏,可以作为太空移民的中转站,但是它与地球的距离较远,因此,最近美国计划在今后10年内捕获一颗小行星,把它移动至近月球轨道,这也是人类为了登陆火星进行的一种尝试。

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人类移民火星电脑模拟图。

总之,人类火星移民甚至遨游宇宙是迟早的事,但在当下点燃地球人移民火星的激情似乎操之过急,因为当前的科技力量只能把机器人送去探险,人类自己不了解也不适应火星的具体环境。换言之,所谓的海选“火星人”只具有象征意义,是让报名者花钱买一个逃离地球的梦想而已,它现在不可能真正实现。换言之,虽然理论上人人都可能成为“火星人”,但我们终老此生还是地球人的可能性更大。在仰望星空的同时,更需要脚踏实地,努力改善自己生活的环境和制度,这远比逃离地球的梦想更值得努力,这会让子孙受益,也让他们更有可能登陆火星。

作者单位:淮南联合大学





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