殖民太空不再是梦想

文章作者:bianji3 | 2018-06-28
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        殖民太空已不再是科幻小说里的东西,貌似将生活在另一个世界里的第一批人类已经诞生在了地球上,对于这些开拓者来说,这种冒险就会是终极宇宙野营,他们必须带上需要带上的所有东西,包括吃的,住的还有喝的水。而在地球上,至少我们无须戴上呼吸的氧气,然而一旦进入太空,我们同样必须带上氧气。

    科幻电视剧《苍穹浩瀚》(The Expanse)中的场景设定在200年后的未来:人类在月球和火星上建立了定居点,并开始在小行星带(Asteroid Belt)建立殖民地。我们想要殖民小行星带的原因有很多,但最主要的原因是采矿。地球上的贵金属往往埋在地下,而小行星表面就有大量的贵金属,如黄金和钯。不过除了收集丰富的矿藏,这些小行星也可以作为科学研究的前哨。

 

      小行星带位于火星和木星之间,同样围绕太阳运行,它们被认为是某颗行星的残骸。虽然小行星带是小行星的主要来源,但小行星也可以在整个太阳系中发现,它们有三种基本类型,分别是岩石小行星、碳质小行星以及金属小星星。它们的体积各不相同,大的直径有几百米,小的只有房子大小。行星资源公司(Planetary Resources)和深空工业公司(Deep Space Industries)等已经投资小行星采矿,它们可能在2025年之前开始开采。然而,在小行星上建造定居点要比采矿复杂得多。

  主要的挑战之一将是辐射对定居点的影响。殖民者将会承受太阳辐射、木星辐射带以及更多宇宙射线的影响。哈佛-史密森天体物理中心的马丁·埃尔维斯(Martin Elvis)解释道:“宇宙射线是高能粒子,主要由质子或高能核组成。它们直接穿过你的身体,对你做坏事。在地球上,我们的大气层会吸收最危险的射线,而太空定居点也需要类似的屏障。厚厚的水层或冰层可以提供保护,但它必须有几米厚。”

     与辐射相似,长期暴露在零重力或微重力环境下对人体也有害。北卡罗莱纳州立大学的助理教授、天体物理学家凯蒂·麦克(Katie Mack)说:“国际空间站上的宇航员每天都要用阻力机锻炼两个小时,但长期生活在失重状态下仍然会导致健康问题。”任何在小行星上长期生活都需要某种形式的人造重力来减轻这种影响,这可能通过旋转整个结构来实现。

      此外,太空殖民还需要某种形式的发电。大多数探测器和卫星都依靠太阳能阵列供电,但这种方式对小行星上的定居点来说可能没那么有效。科幻作家、前美国宇航员阿拉斯泰尔·雷诺德(Alastair Reynolds)说:“当你离太阳越远,‘平方反比定律’就会生效。如果你离太阳的距离是当前的两倍,那么你在特定区域收集到的能量只是原来的1/4。当你越过火星的轨道进入木星和土星领域时,你必须建立足够大的收集区以便利用太阳能,但我不认为这是个大问题。”

       建立人类定居点的理想小行星是碳质小行星,因为它们通常含有10%的水。哈佛-史密森天体物理中心的马丁·埃尔维斯说:“水在太空中很常见,因为它是宇宙中最常见元素组成的。水也可以分解成氧和氢,让你呼吸氧气。这颗小行星的厚度至少需要达到100米,才能提供足够的辐射保护。”

       人类定居点可以被埋在小行星的表面之下,这将提供辐射屏蔽。然而,在小行星上采矿和挖掘比看起来的要困难。雷诺德解释称:“我们所认为的许多小行星都是非常松散的碎石堆,没有任何完整的内在结构,它们不是巨石,更多的是由它们自身的重力聚集起来的巨大气泡或砾石。”

  这种物质一致性的缺乏也意味着,任何试图旋转小行星的企图(人为地在小行星内部产生重力)都将使它受到额外的力量影响,并可能导致它解体。因此,需要某种机制来提高小行星的耐久性。北卡罗莱纳州立大学的助理教授、天体物理学家凯蒂·麦克说:“你必须在不破坏结构完整性的情况下清空它,然后将它旋转起来,同时确保旋转不会对剩余的结构造成太大的压力。”

      一种建议是在小行星周围建立金属网或笼子来防止它解体。乍一看,这并不像看起来的那样令人望而却步,因为小行星带中有大量的金属小行星,上面拥有建造金属网的必要材料。

     小行星定居点面临的许多挑战与拟议中的月球基地相似。除了重力,唯一的不同就是距离。月球和国际空间站相对较近。月球与地球距离最近的点只有361000公里,而国际空间站正好位于地球大气层的内部。另一方面,小行星带与地球的距离约为2.56亿公里。任何小行星定居点都必须是个封闭的生态系统,并且能够自我维持,因为来自地球的支持将是极其有限的。

        哈佛-史密森天体物理中心的马丁·埃尔维斯表示:“往返可能需要几个月的时间,所以如果你遇到紧急情况,你必须在小行星上处理。此外你需要大量的人,你不能只带着‘星际迷航’中类似的复制器前往那里。即使向地球发送信息也需要一个小时。

  在小行星上建造定居点在技术上看来是可行的,但同时也带来了重大的工程挑战。更有可能的是,人们利用自动系统和无人机在小行星上进行远程开采作业。支持这一方案的一个理由是,我们可以在火星上建立基地,用于协调小行星采矿系统。北卡罗莱纳州立大学的助理教授、天体物理学家凯蒂·麦克说:“就重力而言,火星和月球都更适宜居住,而且可利用现有的地下隧道进行辐射防护。”

        目前已经有6颗卫星可以用于太空通信,太空环境也得到了仔细的研究。有些小行星围绕太阳以椭圆形轨道运行,它们的路径接近地球和火星。它们可以被挖空,用作运输工具,同时保护宇航员免受辐射,并减少燃料的需求。埃尔维斯说:“我们已经知道,可以很容易地在几年后使用预期的技术,将十几个或更多的小行星推入这些轨道。”

      还有人提议在火卫一上建造太空港,火卫一曾经被认定是小行星。这个太空港可以作为后来在火星上定居的跳板。虽然行星是人类基地的首选位置,因为它们有重力和大气保护,我们也可以很好地在小行星上建立殖民地。然而,它们并不是特别舒适的居住场所,不过其好处将远远超过令人生畏的挑战。

      关键在于这颗红色星球具有稠密的二氧化碳大气,似乎具有我们维持殖民地运行所必需的自然资源。有了二氧化碳就可以提取氧气,制作燃料。同时大气层里有水蒸气,同时两极地区还有冰盖,土壤表层还有矿物质和各种化合物,这些都可以供我们在火星上建立殖民地。

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