建立宇宙太空家园

载人航天环境   航天员选拔   航天员培训   航天员特殊技能训练   航天员身份

密封座舱  舱外活动航天服   密闭生态循环系统   “生物圈二号”

建设太空城   到月球上去居住   到火星上去居住   绿化火星  建设黑洞城市

 

载人航天环境

目前的载人航天,还只是在地球附近的太空中活动,所以我们只关注这部分太空的环境。

  载人航天环境包括自然环境和诱导产生的环境。

  目前载人航天的自然环境,主要是高真空、强辐射、低温和微流星体撞击,这每一件对人的生命来说都是致命的。

  太空中没有氧气,人体暴露在太空中,因为缺氧当然会窒息而死,但即刻的危险不在于此。人体在太空真空中,外部压力为零,这样,体内外的压力差,会使体内液体迅速沸腾气化而散失。

  强辐射来自太阳电磁辐射、地球辐射带和宇宙射线的高能粒子辐射、太阳风的等离子体流、太阳黑子和耀斑爆发产生的强X射线辐射等。

  太空中的温度很低,可达摄氏零下200度以下。

  太空中有许多高速运行的尘土、砂石和金属矿物体。直径小于0.35毫米的叫宇宙尘,它们的破坏性不大;直径几毫米到几厘米的叫小流星体,它们的数量相对较少;更大的(最大的直径达几千米)则可探测到;直径小于1毫米、质量小于1毫克的叫微流星体,它们难以探测到,但能量仍很大,可以穿透3毫米厚的铝板,而且数量相对较多,防不胜防。

  随着航天事业的发展,还出现了新的危险因素--太空垃圾,它们是由上面级火箭碎片和废弃的航天器碎片形成的。

  航天的诱导环境主要是失重和极端温度。

  通俗地说,失重是航天器作轨道运动时,它的离心惯性(俗称离心力)与天体对它的引力(向心力)大小相等、方向相反形成的。严格地说,只有在航天器的轴线上是失重的,轴线以外仍有微小的重力存在,科学地说应是微重力环境。

  航天器在太空运行,由于没有空气对流传热,向阳的一面吸收太阳的辐射热,温度可达100多摄氏度,而背阳的一面则为零下100多摄氏度,这便形成了极高极低的极端温度。

  载人航天环境,除轨道飞行时的环境,还有升空和返回的恶劣环境。如运载火箭点火升空和制动火箭点火返回地球时,会产生强噪声和振动;加速上升和减速返回时会产生巨大的超重;返回时在稠密大气层中飞行会产生高温等。

  对待航天环境的唯一态度就是认识它、把握它、融汇其中,求得人类的更大发展和对宇宙更深入的认识。

航天员选拔

 

从飞行员中选拔航天员  面对如此陌生、如此恶劣的太空环境,航天科技工作者对太空拓荒者--航天员的选拔是非常重视、非常慎重的。

  由于载人航天是破天荒的大事,这给航天员的选拔带来了浓厚的神秘感。其实,航天员的选拔与最初运动员、歌手和演员等的选拔,原则和要求是相通的,那就是职业或兴趣的相近原则和条件的优越要求。20世纪50年代末,美国和苏联在最初选拔航天员时,实际上都是遵循这些原则和要求进行的。

  那么,什么样的已有职业与航天员的工作相近呢?这在开始时是有不同看法的。人们从不同侧重点和要求出发,有说是工程师、有说是科学家、有说是医生、有说是潜水员、有说是飞行员的。在“冷战”时期,苏、美选拔航天员的工作都是严格保密的,但是,却不约而同地确定从飞行员中选拔航天员,而且是驾驶喷气式飞机的飞行员,最好是喷气式飞机试飞员、有1000小时以上飞行经验的飞行员。

  那么,优越条件的内容又是什么呢?在这里,苏、美确定的选拔条件仍然“英雄所见略同”。

  在学识方面,有物理、天文、地质和工程等自然科学或数学学士以上学位;

  在身体素质方面,对健康状况的要求与选拔空军飞行员大致相当,但是还有一些特殊素质要求,主要是一些特殊耐力,如立位耐力、最大体力负荷耐力、抗超重耐力、抗低气压耐力、抗振动耐力、抗热耐力、抗隔绝环境耐力等;身体素质选拔

  在心理素质方面,在选拔时要查明应试者的个性趋向、情感稳定性、忧虑水平、思想交换方式、自我抑制能力、与人共事的适应性和协调性、在困境中的个性反应和克服困难的坚韧性等;

  在思想素质方面,查明应试者是否热爱航天员的工作,是否愿意为航天事业献身。

  以上原则和要求,已成为航天员选拔经典。至于美、苏当时规定的身高1.8米以下、体重70千克以下等具体条件,则完全是根据当时的火箭运载能力和飞船的有限容积等实际情况做出的,并不带有经典的意义。

  今日的航天员选拔,虽然其原则和要求不变,但随着载人航天技术的发展,太空飞行经验的积累和航天员的分工,一些尺度有所放宽。

航天员培训

 

  航天员技术知识的培训万里挑一选拔出来的航天员,并不能立即执行航天任务,必须经过长时间的严格培训。

  航天员培训的内容,大致可分为三个方面,即航天理论和基础知识培训,增强体质的体育锻炼,各种航天特殊技能训练。

  航天员的理论和技术知识学习内容,比任何大学的课程项目都多。

  在基础理论方面,包括空气动力学、飞行动力学、地球物理学、气象学、天文学、天体物理学和宇宙航行学,甚至还有心理学等等。

  在技术知识方面,包括火箭、飞船的设计原理和结构性能,飞船的导航控制,座舱中各种仪器设备的功能和操纵、维护和修理技术,还有通讯、摄影等的技术知识。

  在确定具体飞行任务后,还要学习所执行的计划任务书,掌握每项任务的细节,执行特殊任务的航天员,还要学习一些特殊知识和技术,如舱外行走的特殊知识和技术;航天器的会合和对接的特殊知识和技术;登月航天员要学习的月球地质学、遥感遥测原理、月面摄影技术等。

  此外,还要学习一些医学和航天医学知识,以及简单的太空医疗技术,以应付一般的太空疾病。

  增强体质的体育锻炼项目也非常多,因为航天员不仅要经受巨大的噪声、振动、冲击、超重和失重等各种恶劣环境的考验,还要在这些恶劣环境和可能遇到的特殊环境中保持清醒的头脑和正常工作的能力,对强健体魄和坚强意志的要求是任何运动员无法比拟的。

  体育锻炼要达到的主要目标是,提高神经系统的灵活性、前庭器官平衡机能的稳定性、心脏和心血管系统的舒缩机能、人体对低压缺氧环境的适应能力等。总之,要使航天员既能在飞行中适应超重、强噪声、强振动和失重环境,以及其它可能遇到的特殊环境,在返回地球后,又能迅速地对地面环境再适应。

  这样,航天员的体育锻炼项目,包括伏虎、秋千、体操、球类、蹦床、游泳、滑冰、滑雪、长跑、爬山、骑自行车和跳伞等等。

  航天员的体育锻炼强度是很大的。如美国为训练“阿波罗”计划中登月航天员在月面上的行走能力,让他们穿着几十千克重的登月航天服,每天在炎热的佛罗里达沙漠中步行20-30千米。苏联为准备“苏美对接”飞行,让航天员在一年半的训练时间内,越野跑步200多千米,骑自行车1000多千米,滑雪3000多千米。

航天员特殊技能训练

 

美国载人大型离心机  作为航天员,还有他的特殊技能训练,其目的是模拟航天飞行的真实环境和过程,使航天员熟练地掌握操作技能,应付各种可能出现的情况。内容颇多,主要的有:

  飞机飞行训练。飞机发动机点火和工作,会产生噪声和振动,飞机加速和减速飞行会产生超重,飞机抛物线飞行可创造短暂的失重环境。因此,飞机飞行可达到多种训练效果,如提高航天员耐噪声、振动和超重的能力;训练航天员在失重环境中的工作能力;增强前庭器官的稳定性,培养勇敢精神,提高特殊情况下的应急能力,以达到提高完成航天任务的能力的目的。鉴于飞机飞行的重要性,即使是从喷气式飞机驾驶员中选拔出来的航天员,也必须进行强化的飞机飞行训练。

  大型离心机上的超重耐力训练。大型离心机的旋臂长10-15米,臂端有一个吊舱,接受训练的航天员坐在吊舱中,旋臂以每分钟60-120转的速度旋转,可产生10-30g(地球重力加速度)的超重值,一般要接受10g的训练。要知道,有些人在增加0.1g时就感到难以忍耐。水下失重模拟训练

  水下失重模拟训练。飞机抛物线飞行中的失重虽然更真实,但时间很短暂,一般只有30-60秒。因此,航天员的失重训练主要在大型水槽中进行。因为水的浮力会抵消部分或全部重力。水槽中放着同比例的航天器模型。接受训练的航天员穿着类似的航天服,戴着自给式呼吸器,在航天器内外模拟着航天活动中的各项活动。

 

  各种应急训练。如在绝音室中进行孤独生活训练;在低气压、低氧分压舱室中进行耐负压、耐低氧份训练;在低温、高温室中进行耐低温、耐高温训练;各种安全脱险训练;安全着陆训练等等。这些训练是很辛苦的。如加加林在高温室中待了近两小时,最后的温度升到80℃,体重减少1380克。

  飞行模拟训练。在飞行模拟器上进行。接受训练的航天员置身其中,他看到舱外的日月星辰变化,舱内的仪器仪表设置、以及听觉和运动感觉等,都与实际飞行完全一样。是最安全、最经济、最有效的航天员训练。

航天员身份

 

  什么是航天员?哪些人可称为航天员?在载人航天初期,毫无疑义,凡是进入太空的人就是航天员。但时至今日,就无法这样一言以蔽之了。

  我们可以借鉴飞行员、海员(船员)、司机来理解什么是航天员。并不是所有坐飞机飞行的人都叫飞行员,也不是所有坐轮船航海的人都叫海员(船员),更不是所有坐汽车、火车出行的人都叫司机,只有驾驶飞机、轮船、汽车和火车的人,以及具有专门技能,直接为飞机飞行、轮船航行、汽车和火车行驶而工作的人才能叫飞行员、船员、司机或别的专门称号。

飞行任务专家在太空作业  根据以上类比,只有驾驶载人航天器、执行飞行任务、在飞行过程中对航天器进行维护保养的人才可称为航天员。

  在载人航天初期,一般都是单人飞行,一名航天员要完成一次飞行中的所有各项任务。随着载人航天事业的发展,可以让多名航天员共同完成一次飞行任务,这样,航天员之间有了分工。根据职责要求的不同,也有了职业航天员和非职业航天员的区别。在选拔和培训要求上,对非职业航天员的要求要相对宽松些。

  目前的航天员可分为三大类:

  指令长、驾驶员和副驾驶员。驾驶员常常兼任指令长,他们与副驾驶一起负责航天器的操纵和整个飞行计划的执行。他们为职业航天员。

 

 飞行任务专家(随船工程师)。负责飞行计划的协调,载人航天器的维护保养,发射或施放人造卫星、探测器等其它航天器,回收和修理其它航天器,进行舱外活动,以及处理其它特殊任务等。他们也是职业航天员。

  载荷专家。他们是到太空去进行各项专门科学实验和探测的科学家和工程师。他们是非职业航天员。

  此外,目前进入太空的人还有记者、教师和航天事业监管人员,他们虽然有各自的专门任务,但不是航天飞行所直接需要的,他们不是航天员。至于已开始进入太空的游客,这标志着载人航天事业的发展,他们与乘飞机、轮船、汽车、火车旅游的人具有同样的身份—游客。

密封座舱

 

  精心挑选、严格训练出来的航天员,并不能抵御恶劣的太空环境。把地球生命安全地融汇到太空环境中去的唯一办法,就是建造生命保障系统,保护生命安全。这与早期人类建屋避风雨、穿衣保温暖的含义是一样的。对载人航天器来说,密封座舱就是这样的生命保障系统。

  密封,是针对太空高真空的,以免座舱中的空气泄漏;同时对太空低温也有防御作用。

  密封座舱有金属结构外壳,可以屏蔽太空中的强辐射、防止微流星体和太空垃圾撞击。

  座舱中充什么气体?纯氧当然好,它可降低舱内气压,从而降低对密封技术的要求;同时可以省去出舱活动前吸纯氧排氮的程序。但是,氧气助燃,一星火花就可造成严重火灾。因此,为安全计,密封座舱一般采用与地面类似的、以氮氧为主的混合气体。气压一般略低于地面上的大气压。

  密封座舱的结构和功能就这样简单吗?不!

  航天器作轨道飞行时,座舱处于失重和微重力状态,空气失去对流性能。因此,密封座舱中必须有风扇等使空气流动的设备。

  座舱的密封性能再好,总会有空气损耗,而氧气本身就是消耗品。因此,座舱中必须有供补充的空气和氧气贮备,以保持一定的气压和氧分压。

  人和设备会放出二氧化碳等有害气体。因此,座舱中必须有控制和净化有害气体的设备和能力,使空气保持清新。

  座舱中必须有调节温度和湿度的设备和能力,使温度和相对湿度分别保持在使人体感到舒适的18-25℃和30%-70%之间。

  座舱中必须有水和食物贮备和供应。

  座舱中必须有睡眠的设备。

  有人就有垃圾,座舱中必须有垃圾处理设备。

  较长时间的载人航天,座舱中还必须有洗浴设备、水循环使用设备、体育锻炼设备、医药和医疗设备、文化娱乐设备等等。

  先进的密封座舱,应有地板和天花板装饰,以解除乘员在失重环境中丧失方向感的困惑;有花草蔬菜种植场所,用以调节生活;舱壁上有热闹的街景、广阔的田野等装饰,以排遣长期在狭小环境中航天的“思地”情绪;有与家人和地面人员通话聊天、交流思想的设备,以驱除长期孤独生活产生的思亲之情。

  总之,密封座舱就是太空家园,家园就应该舒适。

舱外活动航天服

 

  人进入太空后,不可能总是待在密封座舱中,舱外活动的生命保障系统就是舱外活动航天服。笼统地说,舱外活动航天服应具备密封座舱的全部功能。

  首先,舱外活动航天服应能抵御太空的强辐射和微流星体伤害;

  其次,舱外活动航天服内应保持一定的气压,这就决定它是密封的,以对抗太空的高真空;

  第三,舱外活动航天服应有加温、保温和调温设备和功能,以抵御太空低温和极端温度的伤害;

  第四,舱外活动航天服应有氧气供应,以维持人员的正常生命活动;

  第五,舱外活动航天服应有处理穿着者呼出的二氧化碳等有害气体的功能,使其浓度保持在规定值以下;

  最后,舱外活动航天服应能允许穿着者进食、饮水和大、小便。

  除了以上与密封座舱相同的生命保障功能外,舱外活动航天服的关节部位应活动自如,以便穿着者能行走和工作。同时,它的衣裤与头盔、鞋袜要能装卸,以便于穿着和脱下。

  以上仍然不是舱外活动航天服的全部功能。

  舱外活动航天服应有交谈和通讯的功能,因为在太空真空中没有空气传播声音,近在咫尺也无法相互交谈,需用无线电波通讯。

  在太空行走穿着的舱外活动航天服,还需要有用喷气反作用原理移动位置的机动设备。

  这样众多的功能要求,决定了舱外活动航天服是复杂的,它有能防御微流星体和辐射害伤的金属外罩,里面有保持形体的限制层、加压层、真空隔热层、给人舒适感觉的内层等等。氧气、水和食物常装在一个包中,设置在服装的背部,叫生命背包。通讯设备和行走的机动设备也各自装在一个包内放在服装的背部,分别叫通讯背包和喷气背包。

  如此复杂的舱外活动航天服,它一定是非常笨重的。苏、美早期的舱外活动航天服,几近100千克。在有生命保障系统的密封座舱中,是不用穿舱外活动航天服的,一般只着与地面服装相差无几的普通航天服。只有当密封座舱发生漏气等事故时,可穿着舱外活动航天服等待救援。这时的舱外活动航天服也是一种救生设备。

密闭生态循环系统

 

  密封座舱和舱外活动航天服,都只能供太空生命保障的一时之需,且各种消耗物资都是从地面带去的地球资源,这不适用于长期太空生活和太空开发。在未来的月球开发、火星开发和太空城建设中,应建立自给自足的密闭生态循环系统--密闭生态生命保障系统。

  密闭也是针对太空真空或低气压所要求的。

  密闭生态循环系统,就是在一个相对密闭的空间中,创造地球生命可以生存的基本环境,然后选择一些在代谢功能上与人的生存密切相关的植物、动物和微生物,组成一个代谢循环,从而使这种代谢循环维持动态平衡,能够长期存在下去,成为人在太空生存和发展的生命保障系统。这种生命保障系统也叫再生式生命保障系统或授控生命保障系统。

  密闭生态循环系统的主要成员和构成,包括阳光、空气、水、植物、动物、人和废物的无机化处理装置等。

  阳光可通过透明墙壁和顶盖采集。

  初始的水可从彗星、小行星上获取,也可从地球上带去。

  空气应由生命需要的氧、氮和二氧化碳组成。初始的空气既可由地球供给,也可从其它天体上获取。

  植物吸收阳光、水、二氧化碳、无机盐等物质而生长、开花、结果并放出氧气,为人和动物提供氧气、水份和食物或饲料。

  动物从植物那里获得氧气、水份和饲料而生长、发育、繁殖;动物的肉、蛋为人提供食物,动物呼出的二氧化碳,以及排泄物和废弃物或直接或经无机化处理,为植物提供二氧化碳、水份和盐类养份。

  人靠动、植物提供食物、水份和氧气而生存繁殖,人的生活废弃物、呼出的二氧化碳和排泄物或直接或经无机化处理为植物提供二氧化碳、水份和盐类养份。

  从上述叙述中,我们看到在这种生命保障系统中,有水、空气和食物或养份的基本自然循环,这是个巨大的优势。说“基本”,是因为在废弃物的无机化处理中,除微生物处理方法外,还有物理的和化学的处理方法。

  凭借密闭生态循环系统的这个优势,人类就可融入太空。当然,人的生存发展需要能源,同时还有重力适应问题。不过这都是容易解决的。

“生物圈二号”

 

  对密闭生态循环系统的研究,不仅只有理论上的探讨,在美国、日本和俄罗斯等国的科学家,还建有大型实验基地进行实验验证,如美国的“生物圈二号”。

  为什么是“生物圈二号”?难道还有“生物圈一号”吗?有。那就是地球这个大生物圈。

  1984年,美国科学家满怀热情地在亚利桑那州的沙漠中挑选了一处地方,在那里修造了人工海洋、淡水和咸水沼泽,栽植了热带雨林和热带草原,各种植物达3500种,然后,用钢架、珐琅和玻璃把它们封密起来。面积约1.3万平方米,容积为20.4万立方米。

  在这个巨大的封闭建筑内,自然少不了动物,科学家挑选了猪、羊、鸡、蜂鸟和各种鱼类,总数达300种,还有各种有益的昆虫和微生物等。

  里面的空气与外面的完全相同。阳光也自然采集。

  现在这个生态系统中缺少的就是人了。

  1991年9月26日,第一批8名科学家踌躇满志地进驻其中,进行自给自足的生活实验。人们对此也给予了极大的关注,希望他们一举成功,促使月球基地、火星基地和太空城早日诞生。

  但是,进驻其中的8名科学家,不久就发现存在不少问题,如空气的含氧量减少,二氧化碳浓度增加等。这年12月9日,打开吸气口,换了17000立方米的空气,占其中空气总量约1/3。即使这样,8名科学仍然只在其中生活了470多天,于1993年1月提前撤出,没有达到预计在其中生活两年的时间。而且后来透露,他们还违反初衷,暗地里带入3个月的口粮和够用两年的动物饲料;一名女科学家出外治好手指刀伤返回时,又带进一大箱行李,以及电脑文件等。

科学家在“生物圈2号”内观察沙漠植物的生长 1993年3月6日,第二批7名科学家进驻,计划在其中生活10个月。他们面临的问题更多,如氧含量由原来的21%降到14%;由于二氧化碳和一氧化碳猛增,使人体合成维生素B12的能力减弱,危害大脑健康。而藤本植物和小草等却趁势猛长,非常繁茂,沙漠变成了草地。但高大乔木则因上层温度超高、下层温度超低而枯萎;蜜蜂等有益的昆虫大部分死亡,造成靠花粉传播而繁殖的植物几乎灭绝;相反,白蚁、蟑螂等有害的昆虫却生存了下来。

  第二批科学家被迫于当年9月17日撤出。

  “生物圈二号”的实验失败了,这说明建立生态循环系统包含着许多复杂的深刻的科学问题,将生命融入太空决不是简单的事情;反过来看,保护地球的生态平衡显得多么意义重大。

建设太空城

 

  在20世纪七八十年代航天站起步和发展的时期,在一些科学家的思想上泛起一种激情,乐观地认为,在航天站的基础上很快就会建设太空城,凭借密闭生态循环系统和丰富的太空能源,太空城将自给自足地独立发展,以达到向太空移民的目的,描绘了一幅人类融入太空的美好图象。

  许多科学家都提出了自己设想的太空城方案。如“向日葵城”、“斯坦福城”、“奥尼岛”等等,规模可容纳几万、几十万和上百万人不等。

  人融入太空要解决的基本问题是:阳光、空气、水和食物供应、辐射防护、以及重力适应等。此外还有能源问题。这里以美国普林斯顿大学的奥尼尔博士设计的“奥尼尔三号岛”为例,说明解决这些基本问题的思路。

  “奥尼尔三号岛”的总体外形像两把并列张开的没有伞衣的大伞。伞柄是两个巨大的圆筒,直径6500米,长32000米,为居住区;可容纳百万人。

  在圆筒四周对称设置四面玻璃窗,窗外是盖板,盖板内侧是阳光反射镜,合上盖板,遮住阳光,里面是黑夜;盖板张开,阳光反射镜将阳光折射进圆筒,里面就是白天。调节盖板的张角,可以控制阳光的强度。

  整个太空城是一个巨大的密闭生态循环系统,可以解决空气和水的循环供应问题;食物供应则由设置在伞盖边缘的一个个农牧业舱室解决,将众多的舱室调节成不同的春夏秋冬季节轮回,使任何时候都有四季蔬菜瓜果和肉蛋供应。

  辐射防护则可由居室的金属结构外壳解决。

  为了解决重力问题,在两个居住圆筒之间有传动带相连,使它们以两分钟一圈的速度旋转,可产生与地球重力相当的人造重力。

  太空城的能源则由太阳能解决。

  居住区的景色与地球上一样优美,有高山、有河流、有树木花草,可人工降雨、船在水上行、车在路上跑、空中飞机飞,水陆空交通繁忙。爬山运动非常惬意,随着体力的逐渐消耗,重力也逐渐减小,令人舒心、开心。

 

到月球上去居住

 

  到月球上去居住,是人类的一个古老的愿望,现在正从隐约中迎面向我们走来。

  “阿波罗”载人登月已过去了30多年,现在重返月球的声浪甚嚣尘上。原因是随着对月球了解的增多,对月球的希望也越来越多。

  过去,对月球感兴趣的主要是科学家,而他们的兴趣又集中在月球是高能物理等科学研究和天文探测的理想场地;现在科学家对月球的兴趣要广泛得多,有的科学家甚至把揭开生命起源之谜也寄托在月球上。如美国西雅图华盛顿大学的行星科学家约翰·阿姆斯特朗认为,地球、火星、金星等行星,在亿万年前遭到碰撞时,一些岩石碎片会落到月球上,岩石上的生命遗迹就可能在那里保存下来,因为月球上没有火山活动和大气浸蚀。这使月球成为寻找地球、火星上早期生命的最佳场所。他甚至认为,除月球以外,太阳系的早期生命史不可能保存在其它地方。

  同时,其他一些人也对月球产生了兴趣,原因是在月球上发现了有水存在的痕迹。1994年1月,美法联合研制的“克莱门汀”探测器首先在月球南极获得这种信息。为此,美国于1998年1月发射了“月球勘探者”探测器,绕月球南北极飞行,进一步证实在月球南极和北极永久背阳的陨石坑中有冰冻水存在的迹象。

  有水,就解决了建立密闭生态循环系统的关键问题,因为月球上有丰富的氧化物可提取氧,在月球上阳光是不成问题的,有水、有氧、有阳光,就可种植植物、饲养动物,解决食物供应问题。月球上有丰富的金属元素,用它们冶炼的结构材料和月球土石建造住室可屏蔽辐射。人若能适应月面上约1/6地球重力环境,则人生存的基本问题就全部解决了。剩下的能源问题更好解决,因在月球上可高效利用太阳能,还有氦-3可供核发电。

  目前,美国、日本、欧洲航天局等对重返月球和建立月球基地有极高的热情。据信,一些科学家已选定了一个月球基地的地址,它在月球南极沙克尔顿环形山的边缘,那里有较长时间的阳光照射,特别是靠近可能有冰冻水存在的一个陨石坑。

  商业利益是重返月球的巨大动力,希尔顿国际公司已申请建月球希尔顿饭店,以接待月球游客,其它开发月球资源的商业活动也在躁动着。

 

到火星上去居住

 

  火星是最具幻想的地方,也是最有希望的太空移民地。如果说太空环境与地球环境格格不入的话,火星则有着与地球最接近的环境。火星比地球小一些,半径为地球的53%,体积为地球的15%,质量为地球的11%,表面重力为地球的38%。火星有稀薄的大气,95%是二氧化碳,还有3%的氮,大气密度约为地球大气的1%。火星每24.63小时自转一圈,并在一条椭圆轨道上以25.2度的倾斜角绕太阳公转,周期为687天,因而与地球一样,有四季分明的气候,冬季最低温度为零下125℃,夏季最高22℃,平均气温-63℃。这样的自然状态虽然仍不适合人居住,但与月球相比,可说有天壤之别。

  科学家一直认为,火星上可能有水,迄今探测发现的大量水流痕迹,至少说明火星上曾经有过滔滔大水。那么,这些水哪里去了?它们不可能全部消散到太空,在两极和地表下可能会有冰冻水存在。现在美欧和日本,每当火星冲日前后,都要发射火星探测器,其主要目的就是探寻火星上水的踪迹。

  一旦在火星上找到水源,到火星上居住的愿望不说指日可待,也很可能先于到月球。因为那样以来,在火星上建立密闭生态循环系统要比在月球上容易得多、经济得多。如火星上有大气,密闭要求要低得多;火星大气可以降低辐射强度等。火星上的阳光也能满足动植物生长发育的需要。

  火星上的绿粘土和火山灰,有利于植物生长;火星大气中有足够的二氧化碳气体,可提高植物光合作用的效能,使农作物获得比地球上更大的丰收。

火星居住舱  火星上到处都是氧化铁等氧化物质,可还原出氧气来。

  如上所说,在火星上,空气、水和食物供应比月球上更容易解决;辐射防护也更容易解决;重力强度更接近地球,人很有可能会适应38%地球重力的火星重力。

  火星上有丰富的能源。如风能比地球上要丰富得多;火星上有地热能;还可利用二氧化碳和氢制造甲烷燃料;也可用重氢进行核发电等等。

  火星上有火山活动和水流冲击形成的各种金属富矿,这比散布在土石中的月球金属元素优越得多。

 

绿化火星

 

火星探险  要将人类彻底融入火星,最根本的办法就是绿化火星。

  绿化火星并不是个别人的幻想。航天探测表明,早期的火星气候曾很炎热,大量的液态水汹涌澎湃,大气密度是现在的10-50倍,这与现在的地球环境相差无几,而比早期地球环境可能更优越,地球可以成为绿色行星,火星为什么不能呢?所以一些科学家提出了许多绿化火星的设想,一些太空美术家则描绘了一幅幅火星未来的美丽图景。

  绿化火星的关键在于提高火星表面的大气温度,以及增加氧气浓度。有的科学家建议,在围绕火星的轨道上设置大型反射镜,向火星反射阳光。也有的科学家建议在火星大气中释放含氯氟烃的气体,著名天文学家和科普作家卡尔·萨根则建议制造黑色尘埃云,因为它们可以产生温室效应。这样,在温度提高以后,火星两极和地表下的冰冻水就可以逐渐融化。这不仅可以在地表上出现液态水,还可汇集成几百米深的液态水的海洋,发展海洋生物。考察火星

  有些科学家还想到,万一火星上的水量不足,还可动用火星两颗卫星上的水。因为迄今的探测发现,火卫一和火卫二上含有丰富的水。

  有了液态水和温暖的气候,各种植物就可以加速生长和繁殖,它们在光合作用中放出氧气;同时还可繁殖酵母和细菌之类的简单生命体,它们也可放出氧气;为了加快氧气增加的速度,还可电解氧化铁产生氧气。

  有了温暖的气候和充足的氧气,人就可以走出封闭居室,甩掉密闭生态循环系统,在火星表面上生活。为了使火星环境更趋近于地球环境,还可建立生产氮气的工厂,使火星大气具有与地球太气完成相同的成份。

 

  为了使火星生命免受太阳紫外线的伤害,还可建立生产臭氧之类气体的工厂,将这些能过滤紫外线的气体释放到火星大气的上层,使太阳的紫外线无法到达火星表面。

  在如此绿化的火星上,人们就真正可以像在地球上一样自由自在地生活了。

 

建设黑洞城市

 

  具有强大引力的黑洞,吞食包括光线在内的一切物质,令人毛骨悚然,在那里建设城市,似乎有悖常理。但它却不是某些人的哗众取宠,而是科学家建立在对黑洞本质深刻认识上的、最具想像力的太空移民方案。

  首先让我们粗略地了解旋转黑洞的结构特性。

  黑洞旋转,也会带动周围物质旋转,这就会与周围静止物质形成一条分界线,叫黑洞的“静止界限”。包括光线在内的物质越过静止界限后,并不会立即被黑洞吞食,而且围绕黑洞高速旋转,因而具有巨大的旋转能。再往里,当到达一定位置后,围绕黑洞旋转的所有物质都会被黑洞吞食。从那里往里,什么也看不见了,这就形成了黑洞的“视界”。在静止界限与视界之间有“贮能区”或“能层”。据认为,旋转黑洞有内外两个视界,中心奇点也变为“奇异环”。

  英国现代著名物理学家罗杰·彭罗斯根据旋转黑洞的这种结构特性,提出了提取黑洞旋转能的机制。就是将一个物体沿着与黑洞旋转相反的方向抛入贮能区,这个物体在黑洞强大潮汐力(引力)作用下一分为二,其中一部分被黑洞捕获,进入黑洞;另一部分则飞出贮能区。由于物体是沿黑洞旋转的反方向抛入贮能区的,黑洞在捕获物体的一部分时会损失一些旋转能,而这些能量正好被物体的另一部分携带飞出贮能区。回收这部分物体,就可利用它所携带的能量。

  著名科学家C·米斯勒、K·索恩和J·惠勒在合著的《引力》一书中,根据上述原理,提出了建设黑洞城市的设想。

  在黑洞的静止界限外建造一个巨大的环形密闭生态系统——黑洞城市,提取黑洞的旋转能发电,作为维持城市正常营运的能源。办法是将城市垃圾装在一串相互链接的小车中,小车串沿螺旋线依次落向黑洞,每辆小车在到达抛射点时将车内垃圾倒出,黑洞在捕获垃圾时损失的旋转能则由小车带出。小车在被一个巨大的转子回收时,释放出它所获得的巨大旋转能,驱动发电机的转子高速旋转,使发电机发出强大的电流。这种办法不仅一劳永逸地解决了长期困扰城市的一个难题——垃圾处理问题,而且变废为宝,为城市提供了能源。这本身就是一个深刻的生态学问题。

  黑洞城市是巨大宇宙中的一个巨大生态系统。到此我们可看到,载人航天器上密封座舱这个“星星之火”,已“燎原”到宇宙深处的黑洞近傍。