未來５０年宇宙之旅

王致誠編譯

在未來50年，人類在征服宇宙的道路上將取得多大成就?美國國家宇宙委員會(USNCC)對此進(jìn)行了大膽而又科學(xué)的預(yù)測。最近，委員會向政府提交了一份題為《2010～2060年開拓宇宙新邊疆》的報告，在這份200余頁的書中，寫下了人類面向未來50年開拓宇宙的雄偉理想。

2020年開通宇宙公路

專家在報告書中指出，宇宙公路是除了太空梯之外通往宇宙既安全又便宜的另一運輸手段。

什么是宇宙公路?即以地球為出發(fā)點，把公路延伸到太空。迄今為止，這些公路的出入口僅限于美國的卡納維拉爾角和蘇聯(lián)的拜科努爾等幾個地點，而且費用高得驚人。如果人類想要更好地控制太空，就必須開發(fā)更便宜的、從任何地方都能起飛的運輸手段。

根據(jù)USNCC報告書預(yù)測，在2020年，Zeus航空航天飛機(jī)能從普通機(jī)場起飛，它可采用改變動作的方式飛行，即從起飛到速度達(dá)到4馬赫這一階段(注：1馬赫=1倍聲速，即340M／S，1126公里／每小時)，采用吸收外部氣體并壓縮之的滑輪噴氣引擎；在高空速度從4馬赫增加到12馬赫期間，采用壓縮外部氣體速度能的超音速燃燒沖壓噴氣引擎；沖出大氣層后采用火箭引擎。這樣在不同的速度和高度，分別采用了最佳的動作方式，就能達(dá)到節(jié)省能源和費用的效果，

這種Zeus航空航天飛機(jī)是未來專門運送旅客的，為了把貨物運往太空，人類還要開發(fā)兩級火箭式貨物運輸機(jī)。這種貨物運輸機(jī)采用無人駕駛的自動方式，其第二級軌道器還可以作為客機(jī)使用?；鸺娇蜋C(jī)在效果和費用方面都比不上航空航天飛機(jī)，但實現(xiàn)它的技術(shù)困難要少得多，因此，USNCC也把它作為一種方案提出來。

這種運輸機(jī)像航天飛機(jī)那樣垂直起飛，但助推器(第一級)也是有翼的，與主體分離后，可以滑翔返回發(fā)射場。目前，航天飛機(jī)的運輸費用是每磅貨物9000美元，但將來兩級火箭式貨物運輸機(jī)的費用可以期待降到每磅貨物1000美元以下。

2025年運行宇宙驛站

根據(jù)USNCC報告書的設(shè)定，在啟用太空梯與宇宙公路之后，人們還會在通往宇宙的路途中建立一些中繼點，即宇宙驛站。

第一個停車驛站是地球太空港，這是像太空站那樣的建筑，人類可以乘Zeus航空航天飛機(jī)在這里降落，然后換乘宇宙聯(lián)絡(luò)船。太空港是聯(lián)絡(luò)船的停留地，也是推進(jìn)劑的補(bǔ)給地。地球太空港真正開始活動恐怕要到2025年以后。

宇宙驛站一旦應(yīng)用，那么太空港會向兩個方向伸出長長的索道，出現(xiàn)一種非常有趣的現(xiàn)象：由于潮汐力的作用，在衛(wèi)星軌道上運行的細(xì)長物體會產(chǎn)生向兩端托的力，因此，從向下(即向著地球的方向)一端放出物體，就會落向地球；從向上一端放出物體，就會上升。如果從下索道發(fā)射航空航天飛機(jī)，從上索道發(fā)射聯(lián)絡(luò)船，那么兩者不使用能量，也可以轉(zhuǎn)移到人們期望的軌道上。

這看起來像變戲法，其實是以索道為媒介，交換雙方的能量和運動量，完全符合物理學(xué)定律。

2030年在月球上建工廠

USNCC報告書的第二要點就是，在月球、火星、小行星乃至宇宙空間，建立人類的據(jù)點，開發(fā)它的資源。

根據(jù)報告書的預(yù)測，為了在2025年重返月球，將在環(huán)繞月球的軌道上建立月球太空港，從地球太空港出發(fā)的聯(lián)絡(luò)船2～3天后即可到達(dá)月球太空港，人們在那里可以換乘月球登陸船。

聯(lián)絡(luò)船以液氫和液氧為推進(jìn)劑，有客運和貨運兩種，基本設(shè)計相同，如果再裝上腳，就可以成為登月船。為解決聯(lián)絡(luò)船從月球到地球的減速問題，可以利用空氣制動的方法，即像在大氣上層掠過那樣飛行，利用空氣阻力，不使用推進(jìn)劑也能減速。因此，在聯(lián)絡(luò)船的底部可以裝上陶瓷制的像大器皿那樣的空氣制動器。

過去的無人探測和阿波羅計劃是以月球為主的科學(xué)研究。將來的探測計劃則是從資源和居住的觀點調(diào)查月球，由發(fā)射的環(huán)繞月球極地軌道的探測器進(jìn)行月極地詳細(xì)調(diào)查。

建設(shè)月面據(jù)點所需要的物資和人類生活所必須的氧氣、水、食品等，可以逐漸利用從月面取得的資源。月面基地逐漸具備自給自足的條件后，人們可以在上面建設(shè)工廠，并將其發(fā)展為殖民區(qū)。預(yù)計月面實驗工廠的建設(shè)將于2026-2027年開始，月面工廠的建設(shè)將于2030年開始。

根據(jù)USNCC報告書的設(shè)想，隨著大規(guī)模月面工廠的建設(shè)，在地，月系統(tǒng)的太空開發(fā)中也要用到月球資源：把在月面制造的產(chǎn)品送往太空固然好，但把月巖原封不動地送到太空去制作產(chǎn)品，也許更有用。因為月巖主要由硅酸鹽組成，處理月巖就可以取得人類呼吸和火箭推進(jìn)劑必不可少的氧氣。月巖也含有鐵、鎳、鎂、鈦等金屬資源。

USNCC報告書認(rèn)為，重返月球之后，作為資源的開采地，人類所選擇的目標(biāo)也許不是火星和金星，而是小行星。小行星大部分分布在火星和木星的軌道之間，但也有一些小行星越過火星的軌道，能運行到地球附近。在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)，登上這樣的小行星比登上月球更容易：在小行星上，也許含有在月巖里沒有找到的水、氧氣、碳、氮等有用物資。

在月球上建地下賓館

USNCC報告書指出，如果月球太空港建成，不僅是宇航員，科學(xué)家與許多技能工人也將陸續(xù)登月。與此同時，建造月球賓館、組團(tuán)登月旅行的計劃也在積極構(gòu)思中。如果一切順利的話，2030年，一座別開生面的月球賓館將出現(xiàn)在太空。

在月球上建造賓館，首先要考慮月球和地球環(huán)境的不同。最為理想的位置應(yīng)是那些晝夜溫差小、生活環(huán)境穩(wěn)定的地方，也就是在太陽西沉后仍是白夜的地方。鑒于月球的地軸傾斜度為5度，距月球兩極緯度5度的地方就不會有完全的黑夜，氣溫可穩(wěn)定在0℃左右，像這樣的地區(qū)，月球上有14.4萬平方公里；同時，考慮到距月球地表深93厘米以下的地方受太陽溫度變化影響小，因此，月球賓館也可以考慮建在地下。

初步設(shè)想是，利用月球的熔巖隧道建在地下的月球賓館，將建立一個維持生命的環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使空氣保持在與地球相同的一個大氣壓，室溫控制在18℃～24℃之間。第一座月球賓館將設(shè)有200間客房和供客人用餐的餐廳、休息室等，賓館的墻面設(shè)有能看到賓館周圍和宇宙景色的銀幕。每個客房都設(shè)有浴室、廁所、電視和電視電話，并配有健身設(shè)施。在重力和加速度只有地球1／6的月球上，乒乓球和網(wǎng)球必須加重質(zhì)量，同時還應(yīng)在乒乓臺周圍和網(wǎng)球場上鋪滿有吸附力的地毯，人們的鞋底也要裝有吸附器，以增加引力。

根據(jù)USNCC報告書的設(shè)計，月球上每人每天的用水量將按地球上用水量折半計算，需16.8千克，但如此大量的用水在月球上只能用化學(xué)方法，將排放的生活廢水通過再生重新變?yōu)槊鲀舻乃?。在月球上，人均每天所需能源?4千瓦，全部由太陽能電池和燃料電池供應(yīng)，而月球賓館所需的食品，計劃通過建立月球農(nóng)場和牧場來解決。

月球農(nóng)場可栽培小麥、水稻、土豆、番茄等，在封閉式農(nóng)場的條件下，空氣中含有相當(dāng)于大氣中8倍濃度的二氧化碳，這樣使得植物的生長周期縮短了一半，又能獲得3.8倍的

收獲量。當(dāng)然，月球牧場還將飼養(yǎng)那些已經(jīng)適應(yīng)了月球環(huán)境的動物，如微型豬、微型雞、羅非魚、蝸牛等。屆時，人類的登月旅行將不再是夢想。

2040年建立火星據(jù)點

USNCC報告書中的第三要點就是：把火星作為月球之后的開拓目標(biāo)。

火星的環(huán)境比月球更容易親近：火星有相當(dāng)于地球1％的大氣(因此可以使用氣體制動器)；同時也存在水；自轉(zhuǎn)周期是24小時37分；也有四季的變化，表面重力是地球的38％。

USNCC報告指出，人類在火星建立實用型據(jù)點可能得到2040年以后。在此之前，無人探測器將多次深入調(diào)查火星表面、內(nèi)層狀況。相比月球基地，火星基地距離地球要遠(yuǎn)得多，因此，在火星開拓的初期就要自給自足?；鹦巧先粲芯o急事態(tài)發(fā)生，救援隊從地球趕到火星需要一年以上的時間。所以，必須同時建立兩個火星基地，以便互相支援幫助。這樣看來，火星基地不僅要在火星表面建立，而且在其衛(wèi)星福波斯和德莫斯上也要建立。這兩顆火衛(wèi)和小行星一樣，可能也含有很多有用的物資。

另外，人們還可以在火星衛(wèi)星的軌道上建設(shè)作為火星門戶的太空港?；鹦翘崭圻\行在比福波斯更靠近火星的軌道上，如果從福波斯和德莫斯伸出索道，那么，以最小的能量就能把來自地球的聯(lián)絡(luò)船送到火星表面。

飛往火星的聯(lián)絡(luò)船先用空氣制動器減速，進(jìn)入環(huán)繞火星的長橢圓軌道，然后與德莫斯向上方伸出的索道對接，再沿索道而下，經(jīng)過德莫斯，到達(dá)下索道的末端。聯(lián)絡(luò)船在經(jīng)過福波斯時也采取同樣的操作，然后與火星太空港對接，或直接進(jìn)入火星大氣。當(dāng)然，從火星返程的聯(lián)絡(luò)船按照完全相反的過程，經(jīng)火星太空港、福波斯、德莫斯，飛向地球。

根據(jù)USNCC報告書的預(yù)測，火星基地雛形將于2030～2040年間建成，而真正的火星基地建設(shè)，恐怕要到2050年代初。

2050年建成宇宙巡回航母

隨著航空技術(shù)的發(fā)展，人們在50年后到月球去旅行，也許會像現(xiàn)在乘飛機(jī)到國外旅行一樣容易。但是，飛往火星卻決非易事，因為到火星去旅行，旅途就要5～7個月以上的時間。為此，開發(fā)宇宙巡回航母成為USNCC報告的第四要點。

作為連結(jié)月球和火星的交通手段，宇宙巡回航母是跨越地球和火星的軌道、環(huán)繞太陽旋轉(zhuǎn)的宇宙船。根據(jù)以往的概念，火星宇宙飛船首先在地球附近加速后轉(zhuǎn)移到環(huán)繞太陽的軌道，到達(dá)火星附近再減速，轉(zhuǎn)移到環(huán)繞火星的軌道。但這樣每一單程都要加速和減速，很浪費能量。

宇宙巡回航母就避免了這樣頻繁的加速或減速，僅僅只在地球和火星附近通過。為到達(dá)目的地，先乘聯(lián)絡(luò)船再轉(zhuǎn)移到宇宙巡回航母上，然后在適當(dāng)時機(jī)換乘聯(lián)絡(luò)船，降落在目的地。如果選擇合適的軌道，那么宇宙巡回航母就能以幾乎相同的機(jī)遇接近地球和火星。

乘坐宇宙巡回航母的旅行需要幾個月的時間，因此，船內(nèi)的設(shè)施必須很齊全。船內(nèi)要建立人造生態(tài)系統(tǒng)、再生氧氣和水，并栽培植物、糧食的一部分用以自給自足。而且，宇宙巡回航母必須保證能自給自足航行幾年，因為萬一接近火星時移乘和補(bǔ)給失敗，那么到下一次接近期間的漫長時間都要單獨航行。

宇宙巡回航母以自身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生人造引力，可以有效防止乘員身體變?nèi)?。改變旋轉(zhuǎn)速度，人造引力的強(qiáng)度也會隨之改變：從地球飛向火星，先產(chǎn)生與地球相同的人造引力，到達(dá)火星附近時降為0.38G。這樣一邊航行，一邊使乘員的身體與目的地的引力相適應(yīng)。從火星返回地球時，還能把人造引力逐漸提高。

USNCC的報告書一直預(yù)測到了2060年。這時，人類已使月球工業(yè)化，在火星也建立了真正的基地。但是，要實現(xiàn)如此龐大的計劃，究竟要投入多少資金呢?報告書指出：如果今后美國的國民總產(chǎn)值平均每年增長2％，那么投入的資金占GNP的比例是阿波羅計劃全盤時代的一半以下(在阿波羅全盛時代投入的資金占GNP的比例是1％)。

向民眾要這么多費用，必須得到相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)利益。US-NCC也指出了該報告書計劃所能帶來的經(jīng)濟(jì)利益，最重要的有如下兩點：一是由于推進(jìn)科學(xué)技術(shù)，從而使經(jīng)濟(jì)活力和安全保障強(qiáng)化；二是太空商業(yè)化帶來直接的利益，獲得新資源。