人類太空探索的六個難題教程

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1、人類太空探索的六個難題人類起源于非洲。但人類并未留在那里。在數(shù)千年的時間里，人類的祖先走遍了這片大陸，然后便離開了。當(dāng)來到海邊時，他們建造船只并不遠(yuǎn)萬里揚(yáng)帆前往他們當(dāng)時不可能知道是否存在的島嶼。為什么？可能出于同樣的原因，當(dāng)人們抬頭仰望月亮和繁星時，也會說同樣的話：“那里有什么？我們能去那里嗎？沒準(zhǔn)我們能去那里?！币?yàn)檫@就是人類做的事。當(dāng)然，太空對人類生命的危害要比海面大得多。逃脫地心引力需要付出比離岸遠(yuǎn)航多得多的努力和代價。不過，那些船已是當(dāng)時的尖端技術(shù)。航海家們精心規(guī)劃了他們昂貴且危險的旅程，其中不少的人為了發(fā)現(xiàn)地平線以外的世界而死于非命。那么，為什么還要

2、繼續(xù)下去呢？想和你談?wù)勓苌夹g(shù)，從簡便的小產(chǎn)品到可能養(yǎng)活千百萬人、防止致命事故或挽救傷患生命的發(fā)現(xiàn)，無所不有。告訴你，不應(yīng)該把所有雞蛋都放在這個日益脆弱的籃子里。一次隕星大撞擊，人類都將落得和非鳥類恐龍一個下場。另外，你注意到近來的天氣了嗎？告訴你，齊心協(xié)力發(fā)展一項(xiàng)計劃可能對人類是有益的。這項(xiàng)計劃不涉及相互殘殺，卻涉及認(rèn)識地球家園、人類在地球上生存的方式和對人類繼續(xù)生存下去至關(guān)重要的東西。把一切都告訴你：人類應(yīng)該設(shè)法在地球以外的地方生活、建立空間站和月球基地以及在火星上修建城市和在木星的衛(wèi)星上建造棲息地的所有原因，還有人類應(yīng)該遙望太陽系以外的星球——如果能做到

3、的話——并說“我們能去那里嗎？沒準(zhǔn)我們能去那里”這樣的話的所有原因。文章稱，這是一個龐大、危險并且可能無法實(shí)現(xiàn)的計劃。但人類從未因此而停下拼搏的腳步。雨果獎和星云獎雙料獲得者、《輔助正義》一書作者安·萊基曾說：人類誕生于地球。人類會留在這里嗎？答案是否定的。難題一：升空（地心引力的阻礙）離開地球有點(diǎn)像離婚：你想要快點(diǎn)辦完，束縛越少越好。但是強(qiáng)大的力量阻礙著你——說具體些就是地心引力。如果地球表面上的物體想要自由飛翔，需要以超過2.5萬英里的時速發(fā)射升空。這很需要魄力，看看要花的錢吧。僅發(fā)射“好奇”號火星探測器就花費(fèi)了近兩億美元，約是項(xiàng)目總預(yù)算的十分之一，而維持

4、生命所需的物質(zhì)會使任何載人航天任務(wù)不堪重負(fù)。異金屬合金和纖維布等復(fù)合材料可以減輕重量，再配上更高效的混合燃料，助推器將獲得更大的動力。但最終的省錢之道將是重復(fù)使用。美國航天局先進(jìn)概念辦公室技術(shù)助理萊斯·約翰遜說：“隨著航天飛行的次數(shù)增多，規(guī)模經(jīng)濟(jì)問題開始引起注意。這是大幅削減成本的關(guān)鍵?！崩?，太空探索技術(shù)公司的“獵鷹9”號火箭便是以反復(fù)發(fā)射為目的設(shè)計的。去太空的次數(shù)越多，就越便宜。難題二：推進(jìn)器（人類的飛船實(shí)在太慢了）在太空中飛馳很容易。宇宙畢竟是真空的，沒有什么能使人減速。但啟動呢？這是個麻煩事。物體的質(zhì)量越大，移動所需的力量也越大——而火箭就是某種龐然大

5、物?；瘜W(xué)推進(jìn)劑作為初始推動力是很好的，但寶貴的煤油會在幾分鐘內(nèi)燃盡。然后，指望到達(dá)木星的衛(wèi)星無異于天方夜譚——要五到七年呢！推進(jìn)飛船需要一種全新的方法。難題三：太空垃圾（太空就是一個雷區(qū)）恭喜！你已成功將火箭送入軌道。但在進(jìn)入外層空間前，一顆淘氣的人造衛(wèi)星碎片會突然冒出來撞上第二級的燃料艙。火箭沒了。這便是太空碎片問題，它是切實(shí)存在的。美國空間監(jiān)視網(wǎng)發(fā)現(xiàn)有1.7萬件物體——每個至少有壘球大小——以超過1.75萬英里的時速在地球周圍疾馳。直徑小于10厘米的物體的數(shù)量接近50萬件。發(fā)射適配器、透鏡蓋甚至一小片油漆都能把關(guān)鍵系統(tǒng)砸出一個坑?；萜諣柗雷o(hù)罩能擋住這些零碎

6、物件，但若碰上一整顆人造衛(wèi)星，任何防護(hù)手段都無能為力。約有4000顆人造衛(wèi)星繞地球飛行，其中大部分處于廢棄狀態(tài)。地面指揮中心會避開危險路徑，但跟蹤并不能做到盡善盡美。難題四：導(dǎo)航（沒有太空定位系統(tǒng)）部署在美國加利福尼亞州、澳大利亞和西班牙的“深空網(wǎng)絡(luò)”是一組天線陣列，也是唯一的太空導(dǎo)航工具。從學(xué)生項(xiàng)目人造衛(wèi)星到蜿蜒穿梭于凱珀帶的“新視野”號探測器等一切航天器都要依靠它導(dǎo)航。地球上的一個超精密原子鐘會測定信號往返該網(wǎng)絡(luò)和航天器所需的時間，然后導(dǎo)航裝置會利用所測定的時間確定航天器的位置。然而，火箭離地球越遠(yuǎn)，這種方法的可靠性就越低。無線電波的確是以光速傳播的，但傳

7、播到外層空間仍需要數(shù)小時。雖然恒星能指示方向，但它們過于遙遠(yuǎn)而無法給飛船定位。關(guān)于未來的航天任務(wù)，外層空間導(dǎo)航專家約瑟夫·吉恩想要設(shè)計一個自動化系統(tǒng)，該系統(tǒng)會自動搜集目標(biāo)和周圍物體影像并利用它們的相對位置用三角學(xué)確定飛船的坐標(biāo)——無需地面控制中心。吉恩說：“它就像地球上的GPS系統(tǒng)。給車裝上GPS接收器就解決問題了。”他把這種裝置稱作深空定位系統(tǒng)——簡稱DPS（Deep-spacePositioningsystem）。難題五：太空很大（翹曲飛行并不存在……不過）人類迄今為止建造的速度最快的飛行器是“太陽神2”號探測器。該探測器現(xiàn)已廢棄，但假如聲音能在真空中傳播

8、，你能聽到它以超過15.7萬英里的時速