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在未來50年,人類在徵服宇宙的道路上將取得多大成就?美國國家宇宙委員會(USNCC)對此進行了大膽而又科學的預測,並向政府提交了一份題為《2010~2060年開拓宇宙新邊疆》的報告。在這份200餘頁的書中,寫下了人類面向未來50年開拓宇宙的雄偉理想。
2020年開通宇宙公路
什麼是宇宙公路?即以地球為出發點,把公路延伸到太空。宇宙公路是除了太空梯之外通往宇宙既安全又便宜的另一運輸手段。迄今為止,這些公路的出入口僅限於美國的卡納維拉爾角和前蘇聯的拜科努爾等幾個地點,而且費用高得驚人。如果人類想要更好地控制太空,就必須開發更便宜的並且從任何地方都能起飛的運輸手段。
在2020年,Zeus航空太空梭能從普通機場起飛,它可採用改變動作的方式飛行,即:從起飛到速度達到4馬赫這一階段時,採用吸收外部氣體並壓縮之的滑輪噴氣引擎;在高空速度從4馬赫增加到12馬赫期間,採用壓縮外部氣體速度能的超音速燃燒衝壓噴氣引擎;衝出大氣層後採用火箭引擎。這樣在不同的速度和高度時分別採用了最佳的動作方式,就能達到節省能源和費用的效果。
這種Zeus航空太空梭是未來專門運送旅客的。為了能把貨物運往太空還要開發兩級火箭式貨物運輸機。貨物運輸機採用無人駕駛的自動方式,其第二級軌道器還可以作為客機使用。火箭式客機在效果和費用方面都比不上航空太空梭,但實現它的技術困難要少得多,因此,USNCC也把它作為一種方案提出來。
2025年運行宇宙驛站
在啟用太空梯與宇宙公路之後,人們還會在通往宇宙的路途中建立一些宇宙驛站。第一個停車驛站是地球太空港,人類可以乘Zeus航空太空梭在這裡降落後換乘宇宙聯絡船。太空港不但是聯絡船的停留地,也是推進劑的補給地。地球太空港真正開始活動恐怕要到2025年以後。
一旦宇宙驛站建成應用,那麼太空港會向兩個方向伸出長長的索道,這就會出現一種非常有趣的現象:由於潮汐力的作用,軌道上運行的細長物體會產生向兩端託的力,因此,從向下(即向著地球的方向)一端放出物體,就會落向地球:從向上一端放出物體,就會上升。如果從下索道發射航空太空梭,從上索道發射聯絡船,那麼兩者不使用能量,也可以轉移到人們期望的軌道上。
2030年在月球上建工廠
為了在2025年重返月球,將在環繞月球的軌道上建立月球太空港,從地球太空港出發的聯絡船2~3天後即可到達月球太空港(人們在那裡可以換乘月球登陸船)。聯絡船有客運和貨運兩種,以液氫和液氧為推進劑,如果裝上腳還可成為登月船。為解決聯絡船從月球到地球的減速問題,可利用空氣阻力達到減速。因此,在聯絡船的底部可以裝上陶瓷製的像大器皿那樣的空氣制動器。
建設月面據點所需要的物資和人類生活所必須的氧氣、水、食品等,可逐漸利用月面取得的資源。月面基地具備自給自足的條件後,人們可以在上面建設工廠,並將其發展為殖民區。預計月面實驗工廠的建設將於2026~2027年開始,月面工廠的建設將於2030年開始。根據USNCC報告書的設想,隨著大規模月面工廠的建設,在地、月系統的太空開發中也要用到月球資源:把在月面製造的產品送往太空固然好,但把月巖原封不動地送到太空去製作產品也許更有用。因為月巖主要由矽酸鹽組成,處理月巖就可以取得人類呼吸和火箭推進劑必不可少的氧氣。月巖也含有鐵、鎳、鎂、鈦等金屬資源。
在月球上建地下賓館
如果月球太空港建成,不僅是太空人,科學家與許多技能工人也將陸續登月。與此同時還會建造月球賓館。在月球上建造賓館最為理想的位置應是那些晝夜溫差小、生活環境穩定的地方。
同時,考慮到距月球地表深93釐米以下的地方受太陽溫度變化影響小,因此,月球賓館的初步設想是,利用月球的熔巖隧道建在地下的月球賓館,將建立一個維持生命的環境調節系統,使空氣保持在與地球相同的一個大氣壓,室溫控制在18℃~24℃之間。第一座月球賓館將設有200間客房和供客人用餐的餐廳、休息室等,賓館的牆面設有能看到賓館周圍和宇宙景色的銀幕。每個客房都設有浴室、廁所、電視和電視電話並配有健身設施。在重力和加速度只有地球1/6的月球上,桌球和網球必須加重質量,同時還應在桌球臺周圍和網球場上鋪滿有吸附力的地毯,人們的鞋底也要裝有吸附器用來增加引力。
另外,在封閉式月球農場裡還可栽培小麥、水稻、土豆、番茄等。由於那裡的空氣中含有相當於大氣中8倍濃度的二氧化碳,使得植物生長周期縮短一半並又能獲得3.8倍的收穫量。當然,月球牧場還將飼養那些已經適應了月球環境的動物,如微型豬、微型雞、羅非魚、蝸牛等。屆時,人類的登月旅行將不再是夢想。
2040年建立火星據點
把火星作為月球之後的開拓目標。儘管火星的環境比月球更容易親近(火星有相當於地球1%的大氣,同時也存在水;自轉周期是24小時37允也有四季的變化,表面重力是地球的38%)。
但相比月球基地,火星基地距離地球要遠得多,因而在火星開拓的初期就要自給自足。還有為預防在火星上發生緊急事態(救援隊從地球趕到火星需要一年以上的時間)就必須同時建立兩個火星基地,以便互相支援幫助。
這樣看來,火星基地不僅要在火星表面建立,而且在其衛星福波斯和德莫斯上也要建立。這兩顆火衛和小行星一樣,可能也含有很多有用的物資。另外,人們還可以在火星衛星的軌道上建設作為火星門戶的太空港。根據USNCC報告書的預測,火星基地雛形將於2030~2040年間建成,而真正的火星基地建設,恐怕要到2050年代初。
2050年建成宇宙巡迴航母
隨著航空技術的發展,人們在50年後到月球去旅行,也許會像現在乘飛機到國外旅行一樣容易。但要飛往火星卻絕非易事,因為旅途就要5~7個月以上的時間。
宇宙巡迴航母是跨越地球和火星的軌道、環繞太陽旋轉的宇宙船。根據以往的概念,火星宇宙飛船首先在地球附近加速後轉移到環繞太陽的軌道,到達火星附近減速並轉移到環繞火星的軌道。
但這樣每一單程都要加速和減速,非常浪費能量。而宇宙巡迴航母就避免了這樣頻繁的加速或減速的問題(它只在地球和火星之間行駛)。
乘坐宇宙巡迴航母的旅行需要幾個月的時間,因此,船內的設施必須很齊全。船內要建立人造生態系統、再生氧氣和水,並栽培植物、糧食的一部分用以自給自足。而且,宇宙巡迴航母必須保證能自給自足航行幾年,因為萬一接近火星時移乘和補給失敗,那麼到下一次接近期間的漫長時間都要單獨航行。