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《太空将来时》：太空旅行指南：星辰大海的征途与梦想
铛铛铃2025-09-20【科普】534人已围观
简介
今天为你解读的是《太空将来时》。
1961年，苏联载人飞船“东方一号”首次成功进入太空，传奇宇航员尤里·加加林成为了第一个离开地球大气层的人类。
接下来的十多年里，美国的阿波罗计划将人类送上了月球。然而，在那之后的40多年里，人类探索太空的脚步似乎放慢了不少。
最近有人提出，IT技术的进步和普及造成了一种科技飞速发展的假象。事实上，在除了IT以外的其他技术领域，从上个世纪60年代到今天，人类并没有做出太多的突破。这种状况在航天领域尤其明显。
那么，时至今日，人类拥有的太空技术到底到了什么水平？接下来将会做些什么？太空技术的发展又遇到了哪些瓶颈问题呢？
《太空将来时》这本书正是围绕这些困惑展开的。这本书的作者赵阳，是中国科学院的科技史博士，也是中国科普作家协会的会员。
《太空将来时》这本书不仅介绍了人类航天事业的历史和现状，还描绘了它未来可能的发展方向。重要的是，这些预测不是科学幻想，而是建立在坚实的科技基础上。著名科幻作家刘慈欣为本书作序推荐，他说：“《三体》系列小说中的那些空灵的宇航梦想，作者都给予了令人信服的科学解释。”
这本书主要解答了两方面的问题：第一，人类在太阳系中的发展前景如何；第二，在实现这个蓝图的过程中，需要解决哪些困难。
根据目前已有的技术和正在进行的实验，人类在太阳系中的发展前景是这样的：
第一，发展太空旅游业。
如果说空间站满足的是人类在太空中的工作和生活需求，那么未来我们还需要能满足旅游度假需求的太空酒店。
2001年，美国富翁蒂托花巨资搭乘俄罗斯“联盟号”飞船，登上国际空间站，度过了六天时间，成为了人类历史上第一位自费的太空游客。蒂托为这次旅行支付了多少钱呢？答案是2000万美元。这笔费用无疑是天文数字，也让普通人望而却步。
不过，以维珍银河为代表的太空旅游公司认为，总有一天，近地轨道乃至月球将成为人一生要去的100个地方之一。事实上，2016年，维珍银河公司已经开始预售“太空船2号”飞船的船票，定价是每张25万美元。这个价当然不便宜，不过比起2000万美元来，25万的价格又亲民多了。只不过，“太空船2号”只能飞到地球上空100 km左右的亚轨道，而且全程只有三小时。比起去国际空间站玩一周，这个配置确实有点低，但是性价比却很高。所以截至2018年年初，已经有700多位富豪预订了船票。如果一切顺利的话，这条航线可能在2018年年内投入运行，这将成为太空旅游业发展的里程碑。
未来，随着提供太空旅游服务的企业增加，市场扩大，太空之旅的成本也必然随之降低。到2030年，很可能你只需要花上1000美元，就可以进行亚轨道之旅了，和咱们现在去东南亚玩一趟的价格差不多。你想想看，伴随着火箭的轰鸣，你透过舷窗望向一片漆黑的太空，看到那颗如蓝色大理石般美丽的星球慢慢浮现在你的眼前，那该是怎样一幅动人心弦的图景。别忘了抓紧时间拍张照片，把你的身影定格在微信的启动画面里。
除了几小时短暂的亚轨道之旅以外，真正的太空酒店也在紧锣密鼓地筹备中。2017年底，俄罗斯航天局公布了兴建太空酒店的计划，包括酒店的概念图和计划书。如果这个计划能够顺利执行，2022年，地球轨道上的第一家太空酒店就将开门迎客。与此同时，美国的比格洛航天公司也发布了在月球轨道上开设酒店的计划，开业时间同样是2022年左右。看来100 km外的新景区离我们已经近在咫尺。
有了基本的住所和酒，第二个发展前景，我们可能会在太空中修建真正的城市，也就是太空城。
目前地球轨道上运行的空间站有两个，就是国际空间站和中国的“天宫2号”。国际空间站比“天宫2号”大很多，它的内部容积有1200立方米，舱体长74米，这个长度差不多相当于三个篮球场。要是给一家子住这么宽敞的地方当然是够了，但是考虑到空间站承载着整个人类在太空中的未来，那么现在的空间站又太小了。
从目前的趋势看，空间站必然朝着大型化、易维护、自供给、更舒适的方向发展。1974年，美国普林斯顿大学教授奥尼尔首次提出了太空城的设想。奥尼尔认为，地球环境已经到了承载人类和其他生物发展的极限，如果人类要持续发展，途径之一就是移居太空，生活在一座座太空城中。
奥尼尔设想的太空城是由一对圆筒组成的，两个圆筒绕共同的轴心反向旋转，形成离心力来模拟重力。洗衣机甩干衣服时，因为快速旋转产生的离心力，衣服会贴到桶壁上，太空城就像是巨大的洗衣机圆筒，圆筒内壁上可以布置适合植物生长的设施，形成草地、森林、湖泊和河流，太空居民就在这样的环境中安居乐业。
奥尼尔认为，以现有的技术基础，只要发达国家有意愿展开这项工作，我们完全能在100年内建可容纳1万人口的太空城。也许有那么一天，我们会看到小型的太空城星罗棋布地散落在近地空间里，宛如一颗颗璀璨的宝石，百度飞船像高铁一样定期往返于不同的太空城之间，它们喷出的气流拉出白色的细线，将宝石连缀起来，给地球戴上一串串美丽的项链。
无论是太空酒店还是太空城，毕竟都是飘在空中，要真正成为太阳系的主人，第三个发展前景，就是在太阳系中寻找更坚实的基地，人类把目光瞄向了月球和火星，想把它们改造得适宜人类居住。
目前最有可能的是在月球上建立半永久性的基地。月球是距离地球最近的天体，也是人类迈向太阳系的第一个台阶。早在1969年，美国的“阿波罗11号”飞船就将宇航员送上了月球。但是40多年后的今天，人类在月球上的活动仍然局限于阿波罗计划的一小步，主要就是因为人类在月球上没有一个像样的房子。我们不能想象南极的科考队员要在临时的帐篷中度过半年的时光，同样，未来的月球移民也不能总生活在狭窄的太空舱里，他们需要像样的房子。
美国休斯敦约翰逊航天中心负责人温德尔·门德尔曾向白宫提出建设月球基地的详细计划：首先，发射探月卫星勘测最佳建设地点；第二，向月球运送各种建筑设备，比如说起重机和挖掘机，用微波对地基进行硬化处理，类似咱们在地面上修房子的三通一平；第三，搭建临时工棚，因为月球上没有氧气，所以这个工棚肯定是加压密封的，论环境的话，应该比地球上的工棚强多了；最后，月球上的工人会开利用月球岩石中的氧、铝、铁、钛和硅等资源，制造生活用的氧气和建设基地所需要的金属、玻璃等原材料，然后逐步扩建基地。
和所有的大型房地产项目一样，门德尔的计划相当昂贵，预计需要投资上千亿美元，由几代建设者花费上百年时间来完成。这样的大型计划，恐怕不是一个国家能够独自承受的，未来月球基地的建设可能会参照如今国际空间站的模式，由多个国家合作完成。
有了月球基地以后，人类在太阳系中的下一个目标就是征服火星。火星的身影出现在很多科幻小说和电影中，人类从上个世纪50年代就开始研究载人火星任务的可行性，但直到现在，人类的脚步还没有真正踏上火星。目前，美国、俄罗斯和欧洲都有具体的载人火星任务计划，预计在2030年左右，人类将真正地在火星上迈出一大步。
事实上，我们对征服火星的终极憧憬是对火星的地球化改造，就是用技术手段把火星变成适合人居住的第二个家园。如今的火星一片荒芜，没有任何生命的迹象，大气也十分稀薄，气压还不到地球的1%，更糟糕的是，这样稀薄的大气中95%的成分是二氧化碳，几乎没有可供人类呼吸的氧气。
美国火星协会创始人、科学家罗伯特·祖布林认为，要使火星大气层变得适于呼吸，需要大约1000年时间。相对于个人的一生，1000年的时间显得十分漫长，但是放在历史长河中，它却不过是短暂的一瞬。
火星地球化最关键的一点就是利用太空反射镜将阳光反射到火星极冠，蒸发火星上的冰，包括二氧化碳形成的干冰和水凝结而成的冰，同时通过化工厂制造并释放温室气体。通过这些措施，只需要200年左右，火星赤道的平均温度就将上升到零度以上，这意味着火星第一次有了稳定的液态水供应，植物也可以在室外生长。接下来，火星开拓者将大规模种植各种植物，绿色植物的光合作用将会把二氧化碳逐渐转化成氧气，最终，火星移民可以丢掉面罩和氧气瓶，在火星的大气中自由呼吸。到那时候，人类在太空中拥有的就不再仅仅是一套房子或者一座城市，而是一整颗星球。当你乘坐飞艇漂浮在火星的大气里，望着那郁郁葱葱的植被和潺潺的溪流，或许你会彻底忘记这曾是一片布满红色尘土的不毛之地。
在科学家和工程师眼中，火星是希望之星，它将成为人类进入太阳系深处的前哨站。
要建设月球基地和改造火星，资源从哪儿来呢？说到这里，就不得不提到小行星开发计划，这是人类探索太空的第四个发展前景。
所有太空建设计划都需要耗费天文数字的资金和海量的建筑材料，而小行星可能成为破局的关键所在。小行星能提供丰富的资源，支持太阳系开发的巨量消耗。小行星是一种环绕太阳运动的天体，它的个头比行星小得多，目前我们已经在太阳系发现了大约70万颗小行星，其中大部分的直径都在100千米以下，也就是说，小行星是跟上海市差不多的。这些小行星上蕴含着巨量的财富，因为它们蕴含着铁、镍、锰等基础工业材料和铂等珍贵的铂系金属。一颗直径500米的富铂小行星铂储量可能就相当于人类历史上开采的所有铂。
开发小行星很可能掀起人类太空淘金的热潮，嗅觉敏锐的先行者已经开始了行动。2012年，《阿凡达》导演卡梅隆就在西雅图飞行博物馆召开了新闻发布会，宣布成立一家行星资源公司，把小行星上的水和贵金属作为开采对象。除了卡梅隆以外，这家公司的投资人还包括谷歌创始人拉里·佩奇、NASA火星任务前主管埃里克·安德森等社会名流。他们宣称，开发小行星将给全球创造数以亿计的GDP，为人类的繁荣昌盛提供基础和保障。
2018年初，这家公司的一颗迷你卫星已经顺利发射升空，它将为未来的小行星探测飞船奠定技术基础。除此之外，卢森堡的副首相也在2016年作出了官方的声明，宣布他们已经将小行星资源开采计划列入日程。
对人类来说，小行星无异于一座座遥远但确实存在的金山。有人预测，21世纪上半叶的太空竞赛将发生在小行星上，也许要不了多久，我们就能看到长途货运飞船在小行星、地球、月球和火星之间穿梭来往，搭建起太空的高速公路和铁路干线，为人类的宏图伟业提供源源不断的资源。
蓝图固然美好，但是在实现这个蓝图的过程中，我们需要解决很多问题，才能成为太阳系的真正主人。《太空将来时》这本书设想了我们将会遇到的几个方面的问题，并一一作出了解答。
首先要解决的难题是怎么获取强劲的推进动力。无论是火箭还是飞船，将人员和物资送上太空都需要动力。我们最熟悉的太空推进器是火箭，目前人类历史上推力最强的火箭是美国的“土星5号”，它的近地轨道运载能力接近12万吨，推力差不多相当于30架波音747客机。“土星5号”停产以后，最强的火箭是2018年年初SpaceX公司发射的“猎鹰重型”火箭，也就是把特斯拉送上天的那一台，它的运载能力大约是“土星5号”的一半多一点。
未来要造出更强的火箭，核聚变能可能是最现实的选择。早在上世纪70年代，美国人就提出了核聚变火箭的设想，它的核心原理是利用核燃料产生高温等离子体为航天器提供推力。迄今为止，这个计划仍然是论证最完备的核聚变火箭方案，它的构想影响了许多影片，从《异形》到《阿凡达》，几十年来，无数电影把核聚变发动机作为推动庞大飞船的常规推进方式。
1960年，另一位美国物理学家巴萨德另辟蹊径，提出了巴萨德冲压发动机的构想。他的理论基础是恒星间并非完全的真空，通常都有一种稀薄的物质弥漫其间，这就是星际物质。虽然这种物质密度很低，但却无所不在，如果能采集星际物质作为发动机燃料，那么航天器的续航能力可以达到无限远。不过在这美好的未来实现之前，远距离太空飞行面临的第二个问题是如何实现燃料补充。
其实太空中补充燃料的技术早就有了，苏联的“礼炮6号”空间站在1978年就实现了在轨加注燃料，后来美国和中国也掌握了在轨加注的技术。不过现在太空加油主要还是针对空间站这样的大型航天器，也就是在最近几年，针对尺寸较小的卫星，加油技术才成为了各国研究的热点。截至2018年年初，全世界先后发射了近2万颗卫星，糟糕的是，这些卫星基本上是一次性的，一旦燃料耗尽或者太阳能电池阵列损坏，昂贵的卫星就算是报废了，我们只能在地面上干瞪眼看着。
2016年，NASA与一家商业卫星公司签订了总值1亿多美元的合同，希望建造可移动的太空加油站，延长在轨卫星的寿命，这不仅可以避免浪费，还能减少太空垃圾，为未来的太空探索留下一个更干净的近地空间。
说到太空垃圾，这也是人类向太空深处探索中的第三大难题。航天史上，太空垃圾造成的事故和灾难屡见不鲜。2009年，美国的“铱33”就和俄罗斯的一颗报废卫星在太空中相撞，这是人类历史上第一次整颗卫星相撞的事故。可以预见，随着发射的航天器越来越多，这样的事故绝不会是最后一次。目前，太空垃圾的数量以每年2%到5%的速度递增，如果保持这个势头，到300年后，近地轨道可能就被太空垃圾填满了。更糟糕的是，太空垃圾相互碰撞产生的碎片会引发更多的连锁撞击，最终可能在地球周边形成一个垃圾袋，彻底封锁人类朝太空前进的脚步。
目前防范太空垃圾的方法还是以躲为主，但是为了预防情况进一步恶化，科学家也提出了很多清理太空垃圾的办法，比如说利用激光扫帚把垃圾推开或者气化，这种方法适合直径不大于10 cm的小型垃圾；还有太空垃圾网，也就是利用高强度纤维编织的大网拦截太空碎片；或者发射主动式的卫星清洁工，这种卫星会主动飞到大块的太空碎片附近把它抓住，对付整颗卫星那么大的垃圾，还有终极的自杀式清扫方式，比如说我们可以发射另一个航天器与废弃的卫星对接，然后拖着它坠入大气层内烧毁。
当然，所有这些方法都是亡羊补牢，最根本的办法还是从源头减少垃圾。国际空间站的项目经理就说，国际空间站有严格的政策，只有能够自然降解的东西才能抛入太空，让它进入大气层销毁。看来环保意识已经延伸到了大气层外，双管齐下，我们才能拥有一个清洁而安全的近地空间。
除了太空垃圾以外，太空探索的第四大难题是外来物种入侵。自从人类进入太空后不久，科学家就意识到太空飞行可能造成的污染是双向的，这意味着什么呢？第一，太空带回的外星物质可能污染地球，无数科幻电影描绘过外星物种入侵地球的可怕未来，其中最著名的就是《异形》；第二，人类发射的太空飞行器也可能污染其他行星，破坏当地的原生环境，造成难以预测的后果。
为了避免这种双向的污染，联合国颁布了《外层空间条约》，规定所有的发往其他天体的探测器都必须进行消毒处理，这项措施被称为行星保护条例。从太空返回地球的宇航员也需要接受严格的检疫隔离，现实中最大规模的行星检疫隔离发生在阿波罗登月计划期间，“阿波罗11号”的宇航员返回地球后，做的第一件事情不是欢庆胜利，而是相互喷洒消毒剂，直到为期三周的隔离结束后，他们才能以英雄的身份和大众见面。
可以预见的是，在未来的小行星和火星探索任务中，我们也必须因地制宜，制定合适的双向检疫措施，才能最大限度地保障地球和目标天体的安全。
太空如此广阔，人在其中是那么渺小，未来的太空开拓计划离不开航天员的参与，太空的最后一个难题就是远离地球的拓荒者需要承受心理和生理上的挑战。
根据在太空生活时间长度的不同，航天员需要面对航天运动病、生物钟紊乱和肌肉萎缩等生理健康问题。轨道上的失重环境会让航天员产生恶心、呕吐、昏睡、头痛等症状，这就是航天运动病，也叫太空适应综合症，这种病至今不能完全预防，只能靠训练和药物来克服。不过好消息是，这些症状大多数会在几天后自行消失。
生物钟紊乱则是昼夜节律变化带来的问题，针对这种情况，航天医学工作者以24小时为周期安排航天员的作息时间，配合人工光源，帮助航天员有效克服太空中的时差。而对于肌肉萎缩，最好的办法就是体育运动配合药物。
除了生理问题以外，航天员还可能产生心理上的困扰。NASA的研究表明，理想的航天候选人最好是善于社交的内向者，这样的人既能与他人友好相处，乐于合作，又能忍受太空生活的寂寞与孤独。但是，不管事先如何准备，经过什么样的选拔和训练，因为承受的精神压力过大，航天员在飞行30天后都可能对同伴产生敌意，甚至在地面上模拟的太空飞行也会出现人际关系恶化的事件。
1999年，俄罗斯的两位航天员在接受地面模拟训练时打了起来，你很难想象万里挑一的航天精英能干出这种事情，可见太空环境会给人的心理造成多么大的压力。更值得担忧的是，随着太空开拓的进展，空间飞行必将越来越频繁，到时候需要在太空中工作的不仅仅是专业的航天员，还有成千上万的普通人，他们接受训练的时间可能要比现在的航天员短得多。在未来的宇宙大航海时代，如何解决船员的心理问题，这可能成为影响任务成败的关键。
现在，我们来回顾一下《太空将来时》这本书的主要内容。这本书描绘了人类在太阳系中的未来，主要解答了两方面的问题：第一，未来人类在太空中的发展前景如何，会建造休闲度假酒店，建造更庞大的空间站乃至太空城，还会建设月球基地和经过地球化改造的火星；然后，为了完成这些建设工作，我们还需要开发小行星。第二，在实现这个美好蓝图的过程中，我们需要解决哪些困难，首先是更强的推进能力，然后是补充燃料，接下来还要面对太空垃圾的侵扰，防范双向的外来物种入侵，最后还要解决拓荒者的生理健康及心理问题。
面对这么多的艰难险阻，人类仍执意向着太空前进，因为我们永远在追求更美好的未来，也因为不断向未知之地进发是人类的天性。人类走出了非洲，跨越海洋和山脉，足迹遍及各大陆，星空曾指引无畏的水手航向新大陆，而人类下一步的探索足迹将是遥远的群星。
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