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人类应该从现在起做好星际旅行的准备

已有 1732 次阅读 2021-12-23 20:02 |个人分类:生活点滴|系统分类:观点评述

人类应该从现在起做好星际旅行的准备

当我看见中国宇航员翟志刚、王亚平、叶光富在太空生活半年之久的新闻的时候,心情真的久久不能平静。我们伟大的国家真厉害,人类真的很厉害。人类开启了长期能够在太空生活的新时代,这个新时代的到来意味着人类将有更大的生存空间。也许我们离实现星际旅行,实现星际移民已经不远了。但是,仔细想想,人类还有许多路要走。

说实在,今天讨论的话题对我来说就像孩子们的幻想一样,虽然早已经不是孩子了,我却依然保持了喜欢幻想的童心。让我们自由幻想吧!

首先,必须承认,人类的太空技术已经日益成熟。人类目前已经能够随意地发射卫星,发射的频率很高,能够发射卫星的国家和公司越来越多,而且实现了一箭多星等。人类已经发射了远离地球的多个探测器,已经实现了月球登陆,实现了火星旅行,还近距离接近了包括太阳、水星等多个天体,甚至已经远在233亿公里之外。可以预见,人类对未来的太空开发力度更大,获得收益更多,人类的开发热情也会更高。但是,太空垃圾也越来越多,输运成本居高不下等等问题依然困扰着我们。我们应该怎样去做呢?

首先,我们应该在卫星发射和卫星回收环节从过去的模式向新方法进化,以便克服老的发射方式初始状态不稳定、发射非常消耗能源、有效载荷过小三大缺点。对于卫星的回收则应该克服加速度过大,克服黑障,避免高温燃烧等等问题,其实这些返回问题在我看来没有完美解决。卫星发射在未来的发展方向是借助外力辅助发射,借助于辅助发射设备进行发射。具体说有两个方向,一个是利用大型运输机把火箭和卫星携带到1万米以上的高空,大型运输飞机的速度大约800公里每小时,大约220米每秒。当飞机飞行平稳,速度均匀的时候点燃火箭脱离飞机。这样火箭的初速度就是220米每秒,而且万米高空的空气密度是0.3个标准大气压,空气密度大约只有0.387公斤每立方米,此时的空气阻力大大降低,火箭稳定性大大增强,完全可以掌控方向飞翔太空。现在的大型运输机的运载能力最大已经达到250吨,而目前最大的火箭的近地轨道有效载荷为130吨,我国的长征火箭运载能力在25吨到60吨之间,和大型运输飞机比较还有较大差距。借助外力辅助发射卫星的第二个方法就是使用高铁技术在轨道上加速,通过隧洞增加加速效果和稳定性,这个现在只是设想阶段。对于卫星的回收,我觉得目前的方法可以大力改进,我们知道地球的大气层可分为:对流层、平流层和电离层,当返回舱经过电离层的时候容易发生带电和高温,电离层从离地面约50公里开始一直伸展到约1000公里高度的地球高层大气空域,其中存在相当多的自由电子和离子。在中纬度地区平流层位于离地表10公里至50公里的高度,在平流层有平流层季候风,风速一般是40——50米每秒,逆着这个平流层季候风可以实现返回舱的减速,我们可以充分地利用这一点给卫星返回舱减速。因此,第二代卫星返回舱一定是类似飞机的形状,是可以驾驶而且由宇航员控制速度的,在平流层和对流层可以飞行的,其下降速度应该不至于引起大火烧身。这样的减速运动大约从目前的50分钟增加到1小时30分钟到2小时。但是相对来说更加安全,而且返回舱的载荷有希望大幅度增加,目前的返回舱只能载重几百斤是一个巨大的缺陷。面对这种返回仓式飞机,我想它大概长得是这样:形象象飞机,有翅膀有机翼,但是它的表面包裹了一层烧蚀材料和保温层,为密闭结构,操控完全依靠感应器和自动分析驾驶系统,人为驾驶机会很少。火箭发动机为了减速而设计,喷射方向和运动方向相同,低速下可以旋转,安装在返回飞机的后下方和后上方,一般两个一组,由于喷射方向和前进方向一致,所以空气从后方进入,空气是被动输入,所以这种发动机的设计也许和以前的不一样。也许返回飞机的发动机仅仅用来增加阻力,不需要点火。通过一系列进出太空的技术提升改造,更新换代,最终能够以很小的代价频繁进入太空,人类才有可能进行星际旅行。

人类要进行星际旅行,必须具备这样几个条件:解决太空条件问题,包括失重、强辐射、超低温、高温等;解决太空生活问题,适应太空,创造生活条件;解决太空农业问题,能够进行太空种植,蔬菜瓜果粮食在太空环境下生产;解决太空养殖问题,家禽家畜在太空中如何生存和生产,又如何屠宰和加工?需要不需要太空养殖业?解决太空能源问题,如果长期太空生活,能源如何解决,在远离太阳的星际之间没有阳光如何解决能源问题?解决太空飞船的飞行动力问题,如果长期飞行,长期加速减速,那么能源如何得到?能否在半途加载利用星际之间的能源?太空中空气净化污水净化问题如何解决?太空中飞船上氮元素、碳元素、氢元素、氧元素等等都是弥足珍贵的,不能遗弃了之。解决人在太空中繁衍问题?能否正常繁衍?解决太空中幼儿成长和教育问题。解决太空中人们的文化娱乐问题,漫长的星际旅行需要上百年时间等等。

人类要进行星际旅行,第一个少不了的设备就是空间站。我想,我们现在就可以为未来100年之后,甚至200年之后的星际旅行进行空间站的准备工作。为什么呢?首先,目前的空间站寿命大约只有20~30年,年限到了它就成为太空垃圾了,实在可以。我认为当它使用年限到了以后依然可以维护,为未来星际旅行准备设备,而这些废弃的空间站就可以作为星际旅行的一个分仓而存在,未来可以托运人类的行李,储存人类的燃料物资。所以,以后的空间站的设计在进出口上应该完全一样,密封方式应该完全一样,方便将来把每一个空间站连接起来。所以,从现在开始,人类的空间站都应该好好保护,好好维护,按照标准设计,不要让它坠落,不要让它报废。这样我们经过100年或者200年以后,可以把这些空间站连接起来,长度超过20公里,可以容纳3000多人,这样就具备了星际旅行的初步条件了。

星际旅行需要多少人?这个问题是一个社会学问题。想一想,一旦星际旅行确定,那么进行星际旅行的人是有去无回的,所以他们实际上是星际移民,移民必须保证种群能够正常繁衍,确保各种机器设备有足够的操作人员,保证到了另外的星球以后能够建立独立的工业、农业、技术、制造企业。所以星际旅行的人口最少应该在3000人以上。3000多人的居住地是相互联通的空间站太空舱,那么这些太空舱的长度必然超过几十公里。还有相应的生物舱,物资舱,动力舱,操控舱,燃料舱等等。

那么星际旅行需要多少年时间才能到达目的地呢?目前距离太阳最近的恒星大约有十个,比邻星距离太阳大约4.2光年,半人马座α星距离太阳大约4.3光年,巴纳德星距离太阳大约5.9光年,沃尔夫359距离太阳大约7.7光年,拉兰德21185距离太阳大约8.26光年,鲸鱼座uv星距离太阳8.73光年,天狼星双星系统距离太阳8.6光年,罗斯154星距离太阳9.693光年。罗斯248星距离太阳10.32光年,波江座ε星距离太阳10.5光年。这些恒星中大多数是红矮星,有类地行星的可能性很小,也许为了寻找更好的类地行星,人类需要走得更远。而如果按照每秒一万公里的速度,要走到最近的比邻星也需要126年时间,要走到更远的罗斯248需要310年时间。这期间至少需要更新四代到10代人,也就是说人类必须在宇宙飞船上实现自我繁衍,必须具有自我繁衍的种群、设备和能力。

在长途星际旅行中,人类不可能保持长达一百多年的失重状态,必须在有重力的条件下生活。为此,我们设计为“微重力”环境,让太空船保持每秒1米到2米的加速度,如果是1米加速度,那么从开始加速到10000公里每秒,需要加速115天时间。如果加速到20000公里每秒,需要加速231天时间,加速到30000万每秒需要347天时间。实际上,大量的时间依然需要在无重力的情况下生活。而且要加速一个十几公里长,重量在几万吨的宇宙飞船需要怎样的动力系统呢?恐怕第五代核反应堆是完全必要的,万亿飞行过程中有小行星撞击飞船,还需要拐弯、回避、击碎等也需要能源,飞船上生活、生产也需要能源。所以,星际旅行必须一个要解决的问题是如何在太空使用核电?把核电站建立在空间站上是一个新技术。因为在星际旅行的大部分时间是没有太阳光的,是远离太阳和恒星的,无法进行太阳能发电,只能依靠核电,而且星际空间的温度在零下二百多度,非常寒冷,非常浪费燃料。太空飞船上的人为了获得微重力,或许飞船要经常性的加速,或者经常性的减速,例如从30000公里每秒加速到40000公里每秒,经过115天后又从40000公里每秒减速到30000公里每秒。这种加速减速也需要消耗大量的能源。所以星际旅行的时候能源是不能带少的,这需要大量的太空舱。同时需要性能良好的核反应堆,这种反应堆也许要整整燃烧一百年,甚至二百年。它提供的能量必须足够3000多人生活生产,足够星际旅行,足够抵抗超低温。一旦一组核反应堆损坏,必须要有替补负担此重任。

想一想,3000多人的一组人要在太空飞船上生活100多年,那么蔬菜怎么解决?粮食怎么解决?猪肉、牛肉、羊肉怎么解决?鸡蛋如何解决?水怎么解决?空气如何净化?废水如何净化?生活污水如何处理?生活垃圾和生产垃圾如何处理?如果把这些污物直接抛弃到太空中也可以,可是空气如何补充?氮气如何补充?碳如何补充?氧气如何补充?为了生活,将来需要不需要进行“太空养殖业”?太空种植业是必须的。面对这一切,只能说要星际旅行,人类必须学会“太空生产”,包括养殖业,种植业,也包括人类自身在太空的繁殖。不解决这一系列问题,星际旅行就无从谈起。所以,从这个角度来说,人类距离星际旅行还很遥远。也许人类首先要学会在月球和火星上建立居住基地,取得第一个太空生活的经验才可以进行下一步。星际旅行需要一百多年时间,那么需要人类繁衍4代以上,在太空环境下受孕生娃,孩子的成长教育,人们的疾病健康都需要有专门的机构和人员,那么太空医院是必须的,太空学校是必须的,太空生物研究机构是必须的。也许,未来可以通过芯片植入的方式让人们获得大量的知识和技能,但是学习依然必不可少。也就是说,我们人类在地球上生存需要的物资、条件在太空中也必须有,但是具体实现形式和科技含量是和在地球上不可相比的。所以,也许太空技术再发展几十年、甚至上百年才能够达到星际旅行的要求。

对于星际旅行,以现在的技术,通讯技术基本可以满足需要,电脑计算技术基本可以满足需要,自动化技术基本可以满足需要,太空种植业也在蓬勃发展,但是太空导航技术依然需要发展,未来星际旅行,导航绝对不能错误,不能有误差,尤其是星际导航,是立体的,星际之间的信号是微弱的。太空中旅行,碰到小星体是必然的,及时躲避,及时防范是必须的,必须提前几百万公里就能够发现,即便是如此,飞船躲避的时间也是争分夺秒的,因为飞船速度是以每秒万公里计算的,几百万公里之外要发现一个很小的东西几分钟时间就能够到达,这对于导航技术和探测技术的要求是非常高的。

另外一个问题,加入星际旅行取得了成功,人类在另外一个类地行星登陆,那里条件良好,温度合适,光鲜美丽,水源丰富,陆地广阔,非常适合于人类定居。那么必然需要重新启动人类文明,重新启动重工业、轻工业、农业、加工业以至于整个社会上必须的技术。只有三千人如何重启呢?这需要携带人类技术科学档案库,依照技术档案库的技术重新启动新的文明。所以宇宙飞船上携带大型电脑,携带档案库是必须的,当然这个在目前的世界不是问题。

人类定居以后和地球如何通讯,通讯信息在路时间有好几年,而且由于太遥远,信号衰减厉害,如何实现星际通讯也是未来要更多研究的内容。

在星际旅行过程中,如果哪一样资源短缺了,我们能否捕获有水的彗星?能否捕获其它小行星的能源?小行星捕获技术也许未来也是必要的。

总之,人类要实现星际旅行,应该有太空适应技术,包括失重、高温、超低温、真空状态、强辐射等等防护技术,包括太空生存的养殖种植技术,有太空繁衍的生育保育技术,有超级通讯能力,有灵活多样随意的进入太空和返回地球的技术,有应付危机情况的超级计算机和设备等等。这些在太空必备的技术,星际旅行必须攻克的技术起名叫“太空技术集合”。今后一百多年时间我们重点要发展的就是“太空技术集合”。当然,我们现在已经有了很好的起步,有了扎实的基础。人类实现星际移民的理想真的已经不远了。

 

 

 

 




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