再见地球!我要坐着电梯去移民火星了

本文来自“远读重洋”(ID:readabroad),作者 王思涵 随着地球上自然资源的持续减少,探索移居外星也成了热门话题之一。 美国航天局 NASA 想要在 2030 年迈出人类移居火星的第一步。SpaceX 则是声称在 2024 年就能实现这个梦想。2015 年演员马特·达蒙(Matt Damen)出演的电影《火星救援》,也是为人类在火星生存带来了希望的曙光。 要知道,人造卫星 50 年前才第一次飞过火星,那是我们头一回看到它的样子。而现如今,我们已经有 7 个正在进行的火星任务、两个火星探测器,科学家们正马不停蹄地收集它的信息。 在 mars.nasa.gov 网站上,你可以看到一切 NASA 在进行的火星任务,主页还有火星的天气预报、照片和视频,一切关于这个星球的信息你都能找得到。 mars.nasa.gov 首页 在这个网站上,你还可以登记你的名字,在下一次 InSight(探测号,用来探测火星地壳内部)执行任务时,你的名字会被飞船带到火星,并永远留在上面!在 2015 年的 InSight 飞船上,一个 5 角硬币大小的金属上刻了 80 多万个名字。 下一次任务在 2018 年执行,已经收集了 270 多万名字。这些人来自 230 个不同的国家,其中有 26 万都来自中国,数量仅次于美国。 看来很多人对火星还是充满向往的。 凯丽·韦纳史密斯(Kelly Weinersmith)的新书《近在咫尺:十个会毁灭/造福地球的科技(Soonish)》,探索了十个前沿的科技研究,并用简单易懂的术语介绍给读者。这本书一上市就打榜纽约时报畅销书,深受追捧。远读会挑选其中最有趣的几个话题,呈现给大家。 太空探险:飞天一次究竟有多贵 书中指出:建造宇宙飞船的价格实在是太贵了,就算我们能移居火星,搬家的费用也是天文数字。 确实,搬家到外星没有搬到另一个城市那么方便,绝对不可能一次就把所有的东西都搬走。一次火箭发射能带多少东西、每斤“快递”要多少钱等,都是非常现实的问题。 以现在的科技,要想往太空送一斤的货物需要 1 万美金。 这已经很贵了对吧?然而,一个火箭只能装总重 3% 的货物,因为 17% 的重量是火箭本身,剩下的 80% 都是燃油。 占比最多的燃油是最便宜的,成本只有 30 多万美金。火箭本身才是最昂贵的,然而它在完成任务后直接沉入大海,无法二次利用,非常浪费。 所以,如果我们想要多装点“家具”带去火星,需要增加货物的占比、降低火箭成本。 你可能会问,既然燃油占了那么多空间,我们能不能少带点? 如果今天要从北京开车到西藏,我是一次性把所有要用的油都带上,还是在路上的加油站加油呢?不用问,肯定是路上加油最方便,一次性装满所有的油得多沉。 火箭发射也一样。但是我们在太空并没有加油站,不能在飞向火星前在月球加个油。所以必须一次性的带上所有的燃油,而且被燃烧的能量基本上是用来带着其他油往上飞的…… 所以在宇宙加油站建好之前,燃油是一斤都不可少的,看来只能想办法回收火箭了。 一般的火箭在任务完成后就会落回地球,沉入大海。如果我们能够让它安稳的在地球上着陆,那么就能二次利用。 火箭回收最大的问题是它的修整成本。在完成了一次太空任务后,不是简单的擦干净就能再次起航。 可喜可贺的是,在 2016 年的 6 月,SpaceX 成功实现海上回收火箭猎鹰 9 号(Falcon 9)。猎鹰 9 号是 SpaceX 太空运载工具的计划之一,它的承载空间可在 8700 公斤到 24750 公斤之间。在 SpaceX 的人类移居火星计划中,猎鹰 9 号被作为载人往返太空的交通工具。 SpaceX 海上回收猎鹰 9 号 关于修整成本,总裁格温·肖特维尔(Gwynne Shotwell)说,猎鹰 9 号能够只用 7 成的费用修整火箭。这对于火箭二次利用无疑是天大的好消息。 其实,除了坐火箭去火星,科学家还提出了一个更酷炫的方案——坐电梯。 乘着电梯去宇宙 太空电梯和我们已有的电梯长得非常像,只不过起点是地球,终点是宇宙中心。 太空电梯可以又快又安全地,将人和货物从地面运送到太空站。一公斤运输的价格也会降到 250 美金,这下可方便了! 不仅如此,太空电梯还可以充当火箭发射站。只要将飞船从地面运送到大气层外足够高的地方,然后加一点速度就可以起航了。 这样一来,卫星发射、火箭发射都会变得既方便又便宜。或者用电梯把零部件带上太空站,直接在那里组装发射。 太空电梯这一概念由著名的火箭科学先驱者,齐奥尔科夫斯基(Knostantin Tsiolkovsky)提出。在 1959 年,科学家们将这一概念进行了改良。 它的原理是什么呢?想象在地球旁边有一块大石头,这个石头上绑了一条 10 万公里长的缆绳,一直延伸到地球表面。以大石头为平衡物,地球为大本营,两者被缆绳连起来。在这个电梯重量的中心,是在地球同步轨道上的空间站。 当一个物体在地球同步轨道时,它会和地球一起转。也就是说,无论你什么时候从赤道用天文望远镜看它,它都在同一个位置www.681193.com,因为它环绕地球的速度和地球自转的速度一样。 这样,这个太空电梯才能稳定的与地球保持平衡,不会在宇宙中甩来甩去。 示意图:一个在地球同步轨道上的卫星 那么,这样一个电梯又是如何运作的呢? 太空电梯构造: 基座: 基座建在赤道上,因为赤道离地球同步轨道上垂下来的距离最短,能缩短电梯的距离。 基座有固定式和漂移式两种选择。其中固定式的比较容易完善周边的硬件设施(发电器材、指挥所、太空港),而且更容易建在高山上。漂浮式飞行平台则更容易躲避恶略的天气和太空碎片。 缆绳: 缆绳的材质问题是阻挠太空电梯发展的最大因素,人类已知的材料没有一种能达到太空电梯所求的强度/重量比。 用来测量太空绳索比强度的的单位是 Yuri。一个理想的绳索需要 3 千万到 8 千万 Yuris。密度超高的钛合金只有 30 万 Yuris,而且长度一旦超过 2、30 公里就它就会断掉。就连凯芙拉(防弹衣布料)也只有 250 万 Yuris,飞行长度并不能超过 400 公里。 然而碳纳米管(carbon nanotubes)的诞生给了我们希望。这是一个纯碳原子组成的分子,呈吸管状,厚度只有头发的千分之一。如果我们能提炼出 100% 纯度的碳纳米管,它可以有 5 千万到 6 千万的Yuris。 可惜,碳纳米管是非常新的科学发现,我们制作它的技术还很差。这么说吧,世界上最长的碳纳米管在 2013 制作,霸占了全球的头条,结果......它只有半米长。 但碳纳米管会是未来研究的专注项目,它的用处实在是太多了。而且早在 2005 年 3 月 23 日,美国宇航局就正式宣布太空天梯已成为世纪挑战的首选项目。 这么看,移居火星已经越来越靠谱了。 为什么火星生活这么难:七个因素 假设我们解决了所有的交通问题,我们的肉体在火星存活的概率有多高? 根据《时代周刊》发布的一组图,情况不是很乐观。 这组图在 2015 年发布。时隔两年,我们重新讨论一下这 7 个因素,以及我们的突破。 1. 辐射 在一个长达 180 天的火星活动中,宇航员受到的辐射是核电站工作人员一年的 15 倍。 而在电影《火星救援》里,主人公马克在火星上待了多 560 个地球日,那就是核电站工作人员一年的 45 倍。这么长时间的暴露,对他的健康应该带来了无法想象的伤害。 原书作者在采访中解释说,电影默认那时候的科技能让火星基地抵挡辐射。但是说实话,这么薄的防护在这么长的时间内,根本坚持不了。 如果我们移民火星,辐射的问题必须解决。 太阳风暴侵袭火星 2. 温度 地球的平均温度是 14 摄氏度,在火星是 -63 摄氏度。而且早晚温差非常的大,中午会高达 30 摄氏度。 所以我们的宇航服也要有非常灵敏的加热,和通风功能。 在电影中,马克的宇航服非常轻便,他的动作非常灵敏。然而原书作者指出这是不可能的,我们的宇航员还是需要身穿厚重的白色宇航服,才能保障安全。 3. 大气层 火星没有什么气体。地球的大气层密度是火星的 100 倍,78% 是氮气、21% 是氧气。而火星的 96% 都是二氧化碳。 值得一提的是,《火星救援》里开头的风暴是伪科学,作者自己也澄清过。就算风速达到了每小时 200 公里,在火星这个大气缺少的地方,真实的风也就是微风而已,根本不会有电影里的威力。 不过要是没有这个大风,这个作品就不复存在了。 4. 引力 众所周知,每个星球的引力都不一样。火星的引力只有地球的 38%。 因为引力小了,人体骨骼会发生改变,甚至变形。我们的心脏也不需要那么使劲的地跳动,血液循环需要的能量也少了。最终我们的心脏功能会衰退,让我们无法返回地球。 5. 太空细菌 人类一直在寻找外星生物,但是有很多微生物是致命的。很多单细胞生物能在非常恶略的情况下存活。 在阿波罗登月时期,前三批登月的宇航员在回到地球后,被隔离观察了 21 天,就怕他们带回来了危险生物,或者身体产生变化。 看来如果我们要移居火星,生物学可能会有极大的突破。 6. 基础设施 在火星上吃什么?电影里马克是个植物学家,所以他能种土豆吃,但是火星土壤真的安全吗? 今年 7 月,NASA 发布了一条消息,我们也许是可以在火星上种植食物的!火星探测探测器“好奇号”在土壤里发现了大量的水,每立方就有 35 升,看来我们不用像马克一样费劲找水了。 当然,火星的土并不具备所有的营养,在 6 月份更有研究指出火星的土还可能有毒。所以我们需要发明一种过滤方法,以及合适的化肥。 7. 思乡 人在火星上做持续 500 天的任务都非常艰难,更不用提永远待在火星了。在火星上,地球化身成万千星星中的一个小光点,你的生活一去不复返。 这对一个人的心理打击是非常大的。在一个光秃秃的星球上,一眼望不到头, 虽然以现在的技术我们还不足以克服这些困难。但是就像人类第一次登月一样,在我们的不懈努力下,终有一天我们能够探索这个庞大的宇宙的更深处。 下周,我将带你继续探索《近在咫尺:十个会毁灭/造福地球的科技(Soonish)》。 m.gfhaigh.cn

评论