殖民火星

编辑:烦心网互动百科 时间:2019-12-07 19:46:16
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殖民火星是指人类在火星上居住。许多研究与理论都将火星当成一个可行的殖民地,它的表面状况与水份的来源使得火星成为太阳系除地球外最适合人类居住的星球。因为火星的环境与改造成适合生物生存的可能性,火星被许多科学家(其中也包括史蒂芬·霍金)认为是一个殖民的理想行星。
中文名
殖民火星

殖民火星NASA重振的机会

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“从长远来看,人们不可能生存在一个星球上,未来某一天,虽然我不知道是何时,但总有一天,住在外星球上的人类会比地球上的多。”
把6名宇航员送往火星的太空船,是一个区区15英尺宽的单体舱,这个所谓的“载人探测器”十分迷你,指令舱像绑在助推装置上的金枪鱼罐头,3枚巨大的助推火箭将把它送入轨道。一旦进入太空,太空舱将与运载火箭结合在一起,它的大小仿若小型的郊区房子,分为上下两层,由两个圆柱体堆在一起。底层是宿舍的模样,有大厅、厨房、壁橱大小的卧室,宇航员把睡袋固定在墙上,以免在失重状态下满世界乱飞。在二楼,有一小块区域是用来做科学实验的,还有驾驶舱。宇航员们在狭窄的飞船中熬上6个月才能抵达火星,返回地球又要6个月。
这不是无所事事的孩子异想天开的科幻小说场景,去年秋天,美国国家航空和航天局(NASA)悄无声息地开始了“火星载人探测器”的计划。2004年,布什总统宣布,载人登陆火星将是美国太空计划的新方向,NASA的工程师和科学家手忙脚乱了很长时间,重新设定计划和首要任务。太空船现在仍是试验性质,负责设计的承包商只接到大致的指导方针。在正式计划出现之前,NASA工程师只能用隐喻代指太空船,他们称其为Winnebago(温尼贝戈人,北美洲印第安人),“Win鄄nebago可以载多少人?”如今,太空船有了正式的计划,他们的谈话内容越来越异想天开。吹毛求疵、直言不讳、呆板严肃的科学家,突然间做起《星球大战》式的美梦—————探索遥远的银河系,在其他行星殖民。
对正从“哥伦比亚号”失事中振作起来的NASA来说,火星计划提供了恢复名誉的机会。NASA局长迈克尔·格里芬表示:“从长远来看,人们不可能生存在一个星球上,未来某一天,虽然我不知道是何时,但总有一天,住在外星球上的人类会比地球上的多。”

殖民火星艰巨任务

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NASA需要从未制造过的新型火箭,需要想像不到的自动机械设备,还需要工程师理想中的全新技术。
然而在现阶段,Vision与其说是一个严谨的科学计划,还不如说是布什总统的突发奇想。为了实现火星载人探测计划,NASA需要从未制造过的新型火箭,需要想像不到的自动机械设备,还需要工程师理想中的全新技术。“阿波罗”登月计划单程往返时间是3天,但是,以地球和火星之间的最近距离计算,火星计划也需要两年半时间,6个月时间飞往火星,停留18个月,再用6个月返回地球。在火星停留期间,宇航员要建立自给自足的人类社区,自己制造所需的食物、水和能源,此外,他们还要建造永久性基地,供未来登陆计划使用。为了生存,他们可能需要制造能源的全新技术,还需要有待发明的合成材料。
NASA资深人士RobertBishop说:“人们并不了解有多么困难,火星计划的困难程度,超过我们所有做过的事情。我们成功的话,这将成为所有时代最伟大的工程学成就。”
现在,没有人可以断言,Vision将是人类新纪元的标志,还是历史上最令人瞠目的蠢行。没有人确定,它是会向世界证明美国能够做出超凡的成就,还是会在毫无意义的自我炫耀中浪费资源。不论代价如何,不论结果如何,火星计划已经成为“NASA的重中之重”。
对NASA来说,火星探测计划来得正是时候。几年以来,经历太空失事的NASA对最普通的航天任务也心惊胆颤。“哥伦比亚号”上的7位宇航员,在得州上空灰飞烟灭的航天飞机,被派往太空完成一项最世俗的任务,一项实验内容是检测太空中尿与油漆的混合情况。NASA官员说:“问题是,公众并不了解我们做的工作。”NASA原本是民族英雄(瞧吧,美国人是能登上月球的民族),如今它像迟暮的老人,总爱提当年勇。
约翰逊航天中心本身就像是一个时代的错误,落伍于我们印象中的“太空时代”几十年时间。它一直是载人航天计划的象征,这里是控制中心的所在地,也是宇航员生活和训练的大本营。如今,约翰逊航天中心看起来像未来派的过时版本。它坐落于休斯敦南部的广阔土地上,几乎所有建筑都是40年前建造的。工作人员多数是政府承包商,穿着高尔夫T恤衫,大腹便便,脖子上挂着塑料ID卡,几乎所有人都在下午4时30分准点下班。
约翰逊航天中心前负责人乔治·阿贝(George Abbey)说:“这是注定要做的事,即使要耗上半个世纪,花掉几千亿美元,即使这是我们肩负的最复杂、最有挑战性的任务。无论如何,人类一定会前往火星。”

殖民火星如何飞抵火星

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NASA现有的火箭在发送“载人探测器”升空后没有足够的燃料把它一路送到火星,如何轻柔地在火星上降落也是个问题。
飞抵火星在概念上并不复杂,问题是从地球到火星如此遥远,根本没有预防失败的系统,一旦有任何失误,不可能及时进行救援,休斯敦也面临遥控修理的极大压力。假如一个齿轮停止转动,或导航系统偏离轨道,宇航员将被抛在3500万英里远的星球上。
除了对安全系数的担心,NASA面临的第一个障碍是,如何让Winnebago(火星探测器的昵称)离开地面。NASA现有的火箭在发送“载人探测器”升空后没有足够的燃料把它一路送到火星。于是NASA制定计划,以20世纪70年代最强力的“土星V”火箭为参考建造强力发射火箭。即便如此,这枚火箭或许还是没有足够的动力把Win鄄nebago送到火星。NASA的专家正在考虑一个“多阶段任务”,太空船被分成三四个部分,从不同的发射台升空,然后在轨道上接合。这个复杂的任务要求太空人离开指令舱,人工指挥让航天器的各部分各就其位。即使是进行多阶段发射,飞往火星所需的全部东西也不能一步到位。因此,NASA计划建造两个以上的Win鄄nebago,一个运送宇航员,一个装载仪器及生活物资等“行李”。至于宇宙飞船的动力,工程师们正在尝试多种方法:包括核装置,太阳能板,甚至让太空船拥有几英里的磁场,以便借助太阳风在太空行进。
让Winnebago在火星上安全降落也是个问题。佐治亚州理工学院的年轻工程学教授巴比·布伦,一直致力于研究星际航天器如何轻柔地在目标星球上降落,而不是猛烈地撞击坠毁。对他而言,帮助“载人探测器”刹车是最酷、最困难的课题。他说,最有可能的方法是,使用反推火箭和巨大的降落伞减慢速度。为了节省燃料,布伦推荐只用降落伞,但考虑到航天器的重量,“降落伞必须非常非常大,可能在撞到地面之前,降落伞会来不及全部打开。”
Winnebago进入火星轨道,宇航员们将会转移到用于降落的小型飞船上,他们将开往火星的基地。宇航员抵达火星时,必定精疲力尽、身体虚弱,飞船必须依靠自动降落系统,在早先空降的物资附近100英尺左右降落,并且不能造成任何损伤。所有包裹和宇航员都必须在一个有科学研究价值的地点降落。这要求自动降落系统,在强风和沙尘暴的气候中,连续几次精确至100英尺执行任务。

殖民火星宇航员的生存问题

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进入零重力环境后,人体开始萎缩,骨头密度也会下降,更为危险的是宇航员患癌症的危险大大增加。
除了火箭学和推进物理学,火星之旅还有更严峻的挑战:如何让宇航员活下去,以便完成复杂的体力和脑力任务,让他们健康快乐那是奢谈。进入零重力环境后,人体开始萎缩,包括心脏在内的肌肉在太空中不需要像在地球上那么费力工作,自然而然萎缩。同样,骨头密度也会下降,在太空骨头密度每个月下降1%,而在地球上一生总共下降20%.假如是造访空间站的话,萎缩不是太大的问题,
因为宇航员整个太空之旅都保持零重力状态。但经过6个月旅行飞抵火星后,宇航员将重新面对重力环境,为了生存需要强壮的肌肉。
约翰逊航天中心以及全美的几十个医生被召集解决这些问题。宇航员将会一直服药物biphosphomates,防止骨质疏松以及肾结石的形成,这两者是太空旅行的顽症。NASA正在制造全新的重力机器,模拟零重力状态,一个瘦巴巴的生物学家在这种机器中用小指可以挑起500磅的杠铃。宇航员们也要用特制的自行车等器械锻炼,这对加强心脏尤其重要。
更为危险的是宇航员患癌症的危险大大增加。地球大气层保护人类免受X光和太阳质子放射线的照射,但在太空保护宇航员的只有太空船的薄薄舱壁。为了减少他们受的辐射,NASA在建造太空船时尽可能少用钢铁,这些金属的中子遭到辐射后会游离,假如被人体吸收,可能形成致癌的肿瘤。
NASA可能用船舶外壳的材料,再加上隐形轰炸机用的材料。这些合成材料有密集的电子和质子,宇航员受中子之害会减轻,不过只是减轻少许。Vanderbilt大学负责太空医学研究的大卫·罗伯逊说:“即使我们做了最好的防护,前往火星的宇航员患癌症的几率仍然大为增加,他们返回地球的时候,我们必须非常小心地观察他们。”
此外,还有情感上的问题,工程学对此鞭长莫及。前往火星是史无前例的事,NASA的心理学家不得不研究历史上的探险—————前往新大陆的海上航行,奔赴北极圈的狗拉雪橇旅行—————找出这些探险的成败因素。
NASA遴选委员会主席杜恩·罗斯说,为确保火星探测器上的宇航员可以忍受艰苦环境,“我们必须非常非常谨慎地挑选宇航员”。
罗斯手上符合资格的申请者多得荒谬:每年两万人争夺20个指标,但他看重的不单是智力或男子气概,他更青睐“露营者”,他说:“信不信由你,独自在森林中露营的人,更善于在火星上随机应变。我们送到火星的宇航员可能有两大特征:他们必须周游多个国家,让我们确信他们可以和不同文化背景的人融洽相处,此外他们必须拥有丰富的露营经验。”
火星没有提供任何维持生命的东西,宇航员必须带上所有物资,甚至要带上从尿液提取水的仪器。
假如宇航员安全登陆火星,他们将会发现,火星是不欢迎来客的荒凉露营地。它的地表是不毛之地,无边的戈壁沙漠覆盖了整个星球。
那里没有水,有毒的空气含有高浓度二氧化碳,让人无法呼吸,温度平均是零下81OC,会把人活活冻死。星球上不时刮起邪恶的风暴,比卡特里娜飓风更强大,它鞭打着星球的地面,卷起遮天蔽日的沙尘。
火星没有提供任何维持生命的东西。这意味着他们必须带上所有物资:临时住所,适用所有地形的交通工具,18个月的食物和用品,科学设备,钻探火星取水的工具,还有建立永久性基地的物资。
宇航员可能需要一个小型核装置提供电力,他们还需要超级防腐蚀涂料,保护带来的每样东西,使其免受火星沙暴的侵蚀。他们希望火星基地可以自动组装,几分钟之内各种机关可以把折纸式的装备变成完整的帐篷,宇航员到达时,他们的住处已经自动准备好了。约翰逊航天中心工程师约翰·康纳利说:“我们现在还做不到,但我们准备在月球上搞明白,基地多大程度可以自动建设,多少工作必须人力完成。”
NASA的太空生物学家正在改良能在零重力状态下生存的植物,它们的功用是提供食物,并且把宇航员呼出的二氧化碳转化为氧气。
皮包骨的英国人纳杰尔·帕克汉姆是这一领域的先驱,最近他在一个封闭的生物圈里生活了3个月,试图了解火星宇航员将会遭遇的问题。帕克汉姆和其他3位科学家利用水培的植物再造氧气,利用化学物质处理尿液实现水的再生。实验大获成功,以至于他们不想离去。
帕克汉姆说,“无论是提供食物还是再循环氧气,最有效率的植物竟然是矮小麦。”
因此,火星之旅很可能要带上小麦,氧气转换的剩余工作将依赖化学反应器,电解二氧化碳和水产生可呼吸的氧气。
然后,还有水的问题。
宇航员在太空中每天要消耗三到四加仑的水,用水量太大从地球携带根本不现实。
为解决这一问题,NASA工程师DonHolder一直在马歇尔太空飞行中心努力工作,尝试找到从尿液提取水的途径。在他迄今最好的系统中—————极可能成为火星上用的模型—————小便收集。在太空船上的圆筒形水槽中,圆筒一直旋转,一个精确计温的加热器烧开尿液,然后通过一个精良的过滤系统收集蒸气。剩余的液体,DonHolder说是“污秽、多泥的黑色咸水”。《连线》杂志记者,品尝了从自己尿中提纯的水,他这样评价:“这确实不是Evian矿泉水,但它确实比我喝的许多淡啤酒要美味。”

殖民火星长期停留的伤害

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俄罗斯太空指挥官曾因“心理创伤”拒绝完成指派的任务,而太空中的性问题也困扰着宇航员。
太空停留时间的最高纪录是379天,这不到火星计划所需时间的一半。在太空长期孤独停留,对宇航员有什么心理影响,可以从俄罗斯太空计划中管窥一豹。俄罗斯把宇航员送到和平号空间站长期驻守。1997年,一系列的机械失灵,让俄罗斯太空指挥官VasilyTsib鄄liyev出现“心理创伤”,他拒绝完成指派的任务,对控制中心试图帮助他的医生大吼大叫。为了让可怜的同行平静下来,美国宇航员用电脑播放电影《阿波罗13号》,并将英文对话翻译成俄文。
为了让火星宇航员完成任务,约翰逊航天中心的心理学小组将监控每个宇航员,根据个人情况调整他的日程安排,精确地计量他参与团队工作的时间,独自实验、锻炼、休息、睡觉的时间。
但没有人知道,这种手段能否有效地阻止宇航员发疯。
家人的录像,是稳定宇航员心理的重要手段,但在飞近火星的时候,航天飞机要延后20分钟才能收到录像。
2005年10月,美国国家科学院发布报告提出了另外一个难点:太空中的性问题。完全没有性生活的两年半,显然是太过于漫长。目前没有人知道航天小组的构成情况—————是五男一女?三个同性恋男子?全部是单身人士?全部是已婚人士?他们是否会吸引对方?研究报告指出,任何组合都是危险的。假如没有性爱,这可能是焦躁不安的两年。但假如发生了任何星际性爱,或者是未遂的尝试,情况都可能失去控制。去年,空间站的俄罗斯宇航员向一位加拿大女宇航员强行“索吻”,她愤怒地跑掉。
控制中心遥控关闭了加拿大女宇航员的房门,让俄罗斯人不得其门而入,等待两个人冷静下来。
假如宇航员在火星上没有因为嫉妒把对方干掉,平安度过了18个月,返回地球也需要他们飞回Winneba鄄go,再脱离轨道。走到这一步,他们需要的是大量火箭燃料,但燃料如此沉重,宇航员飞往火星时不可能带足返回所需的燃料。这意味着NASA必须在月球或火星上提炼、粹取、制造燃料。太空工程师目前提出的计划大都荒谬可笑。一个提议是,NASA精炼月亮上的岩石,提取材料建成太阳能板,通过微波把能源发射到火星上。另外一个提议是,让NASA派遣成群的机器人漫游者搜遍整个月球,寻找太阳风吹到月球上的氦-3同位素,收集起来放入核反应堆,不仅可以为火星探测提供能源,更能解决地球的能源短缺。
另外一个稍微谦虚一些的计划是,用核动力的燃烧机,把月球和火星的岩石分解成最基本的元素,比如说氢和碳,然后再把这些元素合成为燃料。但设计者不得不承认这只是奇想,从未有人试过制造太空的采矿燃料,经得起火星严酷气候考验的装置也有待发明。

殖民火星昂贵代价

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这一计划预计耗时50年、耗资5000亿美元,除了参与火星计划的宇航员和工程师之外,几乎没有科学家认为这是个好主意。
专家说,火星计划不仅仅是建造零重力精炼工厂或设计更强劲的火箭。送人类上火星需要科学和工业的重大飞跃。技术上的挑战令人生畏,负责火星计划的一流科学家都怀疑是否做得到。
阿波罗登月计划的成员、NASA系统工程师Gentry Lee说:“最令我担忧的是,我认为我们还没有聪明到能立即开展火星计划。”
另外,这一计划预计耗时50年、耗资5000亿美元,漫长的时间和巨额资金也让NASA处境尴尬。
不管布什政府怎么说,事实摆在那儿:NASA没有财力同时资助太空探测和科学研究。为支付火星载人计划的费用,NASA事实上将放弃所有其他科学项目,无论它们影响有多深远。
除参与火星计划的宇航员和工程师之外,几乎没有科学家认为火星载人计划是个好主意。假如你询问科学家的意见,多数人会说“火星载人计划没有真正的科学依据”。美国国会预算办公室宣布,NASA预计到2018年将花费1040亿美元,但火星计划会超过预算,逼迫NASA取消一些极有前途的科学实验。约翰逊航天中心前主管乔治·阿贝说,最终的经费可能高达5000亿美元。NASA内部人士表示:“你谈论的是一个5000亿美元的项目,但他们一年给的预算只有10亿。火星计划要么吞噬其他科研经费,要么自取灭亡,这是迟早的事。”
乔治·阿贝相信人类有能力登陆火星,但他提出了一个筹募资金的简单办法:火星登陆计划像国际空间站一样变成国际合作项目,争取欧洲、日本、中国、巴西和加拿大的支持。Lee说:“我的希望是,正如阿波罗登月计划是冷战时期美国霸权地位的明显象征,火星计划也要成为新时代国际合作的象征。”
不幸的是,布什政府并不以团结闻名。为了支付火星计划的费用,美国叫停航天飞机,这让欧洲人大为不满,他们花费数百万美元进行科学试验,对航天飞机十分依赖。欧洲太空署去年春天威胁说,它将联合俄罗斯和日本发展自己的登月太空船。
但在眼下,抵达火星及安全返回仍是远期目标。假如火星计划让太多国会议员觉得毫无意义,假如经费开支完全失控,假如太空船起飞并坠毁,假如火星被证明不适合人类居住,那么这所有的努力将可能成为人类历史上最昂贵、最愚蠢、最浪费资源的计划。

殖民火星火星改造成地球

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殖民者设想用600年时间将火星改造成地球
我们能把火星变成地球吗?能将火星凛冽寒冷、空气稀薄的地表转化为更加适宜于人类居住的地球环境吗?如果能,我们应该怎样做?
第一个答案非常明确:当然,我们完全有可能做到。通过宇宙飞船发回的数据(包括目前正在火星探测的飞行器在内),我们已经发现有证据可以表明,在火星形成初期,它的气候温和,有一段时间曾有河流流入汪洋大海的迹象。在地球上生活的我们,已经知道如何让行星变暖的方法,那就是向大气层中添加一些温室气体。大量的二氧化碳曾经使火星的气候变得温和,并且目前在火星上仍然可能存在着二氧化碳。在冻结的泥土和极地冰盖中还可能存在着水。要将火星恢复到它的最佳气候阶段,我们所需要的就是一位拥有庞大预算的园艺师。
美国宇航局(NASA)的行星科学家克里斯·麦凯(ChrisMcKay)表示,将火星地球化的大部分工作需要火星自身完成。
麦凯说:“人类所做的工作只是将火星的气候变暖,然后撒下孕育生命的种子。”全氟化碳(Perfluorocarbons)是一种强效的温室气体,可以用火星的泥土和空气中的成分合成获得,然后将它释放到大气中。这会使整个行星变暖,然后它们就会释放出冷冻的二氧化碳气体。二氧化碳会升高温度,将大气压力增加到能让液态水流动的程度。与此同时,威斯康星大学的植物学家詹姆斯·格雷厄姆(James Graham)说,通过这种方法,人类殖民者就可以在这颗红色的星球上建立一个可持续的生态环境。首先在火星的南极地区会生长出细菌和地衣类植物,之后会出现苔藓类植物,一千年或更长时间后会长出红杉树。再经过几千年的时间,长成的森林会逐渐培育释放出氧气。
像火星协会主席罗伯特·祖布林(Robert Zubrin)这样的积极人士,仍然梦想着在火星上会出现人类的城市。祖布林是一位工程师,他认为人类文明只有通过无限扩张,才有可能得到繁荣发展。这类处于研究前沿的课题只对麦凯一类科学家来说具有可行性。他说:“我们将来居住在火星上,就像居住在南极地区一样。在南极没有小学。”但他认为人类在未来的火星上所学习到的经验会有助于我们与地球更为融洽地相处。但是,有关实现该计划的时间尚有待商榷。火星目前对人类没有直接利害关系,或许,地球上的麻烦已经够让人类头痛不已。但是,做为这个星球上最为强势的领导,美国一个由白宫指定的讨论组最近建议首先在月球或小行星上尝试一下,并指出宇航局缺少进行太空之旅的预算费用。最后一点,我们还无法估算出,要将一颗死气沉沉的行星变成地球一样的绿色星球到底会花费多少费用。
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