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移居太空,设想还是幻想

发布时间: 2013-05-03 17:23:50         来源:科技日报


 

地球上频发的战争、环境危机、核污染,使人们开始把人类未来的梦想建立在开发地球以外的空间上,世界各国纷纷提出了雄心勃勃的太空移民计划,打算在其他星球上打造人类的第二家园。 

地震、海啸、核泄漏……在灾害频发的现状下,不少科学家都在探寻着与地球生存环境相近,适合人类居住的星球。最近,美国天文学家借助天文望远镜,又发现了5颗类地行星,其中3颗可能适合生命居住。而英国著名物理学家霍金近日也表示人类要想生存下去,唯一的途径是尽快向外太空移民。

在雄心勃勃的私营公司的引领下,一个向地球外移民,并且适应全新世界的新时代初露曙光。来自贝宝公司的亿万富翁埃伦·马斯科已经宣布以火星为目标;极地探险家斯耶格伦夫妇也在设计去往火星的个人探险;而欧洲一个由私人资助的“火星一号”项目也希望在2023年前在火星上建立人类殖民地。太空移民的时代是否就要到来了呢?带着这个问题记者采访了有关专家。

缘何移民:人口增长和灭绝风险是主因

主持人:您觉得有没有必要进行太空移民呢?

李竞:我认为目前太空移民还并没有那么紧迫,而且太空移民绝非轻而易举,嫦娥住在广寒宫的惬意和自得,只能是永远的神话,但是按照现在的科技发展来说,未来太空移民是有可能实现的。

庞之浩:随着时间的推移我认为进行太空移民的可能性会越来越高。但是还是一个比较遥远的事情。太空移民的必要性在于,地球上的人类数量会越来越多,到2050年地球人口总数将达到90亿,当地球人口达到110亿以上的时候,地球的土地、矿藏、水等资源都将面临非常紧张的局面,地球将不堪重负,当人口达到160亿以上的时候就要考虑实施太空移民了。另外,如果人类只局限于生活在地球上,一场全球性的战争、疫病或者一次小行星撞击这样的宇宙灾难,就会将人类置于灭亡的风险中,因此可以考虑先把一部分人移民到其他星球上去,这样一旦地球毁灭人类还可以继续繁衍。

何去何从:火星或成移民首选星球

主持人:如果要进行太空移民,您认为去哪个星球比较合适?

庞之浩: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,相当于地球海洋中1000米深度时的压强,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。

李竞: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。

庞之浩:正因如此,为了改造火星环境科学家已经设想出了很多方案。例如一些科学家计划在火星上建设化工厂、核电站,不停地制造温室气体,产生温室效应,使火星上零下几十摄氏度的温度上升到零下几摄氏度,增加火星大气密度;一些科学家提出在火星轨道上设置几个巨型反光镜,把太阳光反射到火星上,提高火星表面温度;还有一些科学家提出,植物的光合作用可以使二氧化碳逐渐变成氧气,为了加快生成氧气的速度,要在火星上大规模种植植物,并培育出能释放更多氧气的“超级植物”。通过改造,我认为未来人类有可能会将火星改造成人类第二个家园,但还有很长的路要走。

面临困难:关键需要大推力重型火箭

主持人:目前人类移民太空面临着哪些问题和困难?

庞之浩:人们离开地球遇到的第一个难题就是摆脱地心引力。只有把载人火星飞船成功送入地火转移轨道,移民火星便离成功近了一步。因此我认为要进行太空移民首先要解决的问题就是要研制出大推力的重型火箭。因为阿波罗载人登月飞船大约重50吨,所以飞得更远、载人更多的载人火星飞船会更重。美国、俄罗斯和欧洲针对火星登陆进行的研究表明,登陆火星任务最合适的人数应为4人或6人,这表明需要设计一个相当大的飞船来提供4或6个人在漫长的任务执行过程中所需要的生存环境以及氧气、食物、水、燃料等物资。如果大批量移民的话,飞船搭载的人数还会更多,火箭的负重载荷就会更大。

然而即使研制出重型火箭,太空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。

解决方法:核动力火箭加小行星中转

主持人:目前有没有解决这些问题的方法?

庞之浩: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8次x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。据美国媒体近日报道,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,使航天员最快能够在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的、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,再登陆火星或其他类地行星。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。

建造新家:模拟地球环境循环利用资源

主持人:在短期内把人类送上火星或其他类地行星后,下一步就要在星球上建造人类基地了,那么在建造基地时要考虑哪些问题?

庞之浩:以建造火星基地为例,建造火星基地首先要考虑选址的问题,就像在地球上大多数人都居住在肥沃的平原地带,沙漠地区人迹罕至一样,由于火星沙尘暴很厉害,是地球12级台风强度的好几倍,而且持续时间较长,因此火星基地最好建在能够防沙尘暴、辐射或者有水的地方。应在火星的隐蔽处修建住宅,使用有效降低辐射的材料建造房屋。

李竞:太空环境是一个充满微重力、高真空、宇宙高能粒子辐射、宇宙磁场等有害因素的综合体,这些因素显然对地球上的人和生物是有害的。因此要想移民火星或其他类地行星,就要在火星或其他类地行星上建立一个密闭的地球环境系统,在该系统内要有适宜的温度、湿度和压力等,使人类可以自由的生存其中。

庞之浩:虽然火星基地可能是一个完全封闭的环境,但是人类始终都要从这个封闭的环境中走出来,因此航天服就显得至关重要。由于火星引力是地球的1/3,所以我们现在使用的地球轨道舱外航天服,在火星上都派不上用场。因为无论是我国的“飞天号”舱外航天服,还是俄罗斯的“海鹰号”舱外航天服重量都达到120千克,这样的航天服在火星上穿就会过重,导致航天员无法负荷,因此要研制出质量轻便,又能保证航天员安全的适合火星上使用的航天服。

此外,还要尽可能的对火星上的资源进行利用。地球离火星很远,即使研制出了先进的运输工具,完全依靠从地球运送能源成本也将非常昂贵,因此最好能在火星上实现就地取材,并且打造再生式生命保障系统,让资源循环利用起来。

李竞:我觉得有必要在地球和火星之间设立空间站作为火星基地的后勤。这个空间站的作用非常重要,可以大量储备物资和能源以备不时之需。目前,在太空运行的空间站共有10个,建设空间站的技术我们已经掌握。

  


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