王致誠

在未來的50年，人類在征服宇宙的道路中將能取得多大成就?美國國家宇宙委員會(USNCC)對此進行了大肚的預(yù)測。這個1985年3月由里根總統(tǒng)任命的USNCC經(jīng)過20多年的考察研究之后，最近向現(xiàn)任總統(tǒng)奧巴馬遞交了一份題為《2010-2060年開拓宇宙新邊疆》的報告，在這份200余頁的報告中，寫下了人類面向未來50年開拓宇宙的宏偉理想。

2015年啟用太空梯

美國國家宇宙委員會(USNCC)報告書的第一要點，是開發(fā)通往宇宙的、既安全又便宜的運輸手段。2009年一家位于美國西雅圖的公司主動挑起了制造太空梯的重?fù)?dān)。目前美國航空航天局的高級設(shè)計研究所已投資制造太空梯，全部資金大約需要70～100億美元。

從理論上講，太空梯并不神奇。在地球赤道的海面上建造一個平臺，用飛船放下一條長達(dá)10萬km的繩索，把它固定在平臺上，隨著地球一起旋轉(zhuǎn)，由于旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力剛好抵消了地球的吸引力，它便得到了一個向外的張力，于是，太空梯就從地球到太空之間豎立起來。它就像你在頭頂上甩動一根一頭拴著小球的繩子一樣。然后，用一個由激光提供能量的爬升器在纜繩上上下移動，運送飛船、建筑材料甚至乘客。

科學(xué)家們設(shè)想，先把一個攜帶太空梯半成品的飛船或航天飛機發(fā)射到與地球同步的靜止衛(wèi)星所在的軌道上，使其和地球同步飛行。把這個半成品的太空梯從飛船上放下來，落到赤道海面上的平臺上。把半成品的太空梯固定在平臺上，然后，飛船就漂浮在上面。接著再用一個由激光束提供能量的爬升器在這個太空梯的半成品上上下移動，把其他建造太空梯的纜繩擰在這個太空梯半成品上，進一步建造太空梯，這大約要用兩年半的時間。這樣，太空梯才最后建成。

2020年開通宇宙公路

USNCC報告書上指出，開發(fā)通往宇宙既安全又便宜的另一運輸手段是宇宙公路。即以地球為出發(fā)點，把公路延伸到太空。目前這些公路的出入口僅限于美國的卡納維拉爾角和蘇聯(lián)的拜科努爾等幾個地點，而且費用高得驚人。為了把太空置于人類的控制之下，必須開發(fā)更便宜的，從什么地方都能起飛的運輸手段。

根據(jù)USNCC報告書預(yù)測，將在2020年實現(xiàn)在普通機場也能起飛的Zeus航空航天飛機，可采用改變動作的方式飛行，即從起飛到速度達(dá)到4倍音速這一階段，采用吸收外部氣體并壓縮它的滑輪噴氣引擎；在高空速度從4倍音速增加到12倍音速期間，采用壓縮外部氣體速度能的超音速燃燒沖壓噴氣引擎；沖出大氣層后采用火箭引擎。這樣在不同的速度和高度，分別采用最佳的動作方式，就能達(dá)到經(jīng)濟省能的效果。

這種Zeus航空航天飛機是未來專門用于運送旅客的。為了把貨物運往太空，還要開發(fā)兩級火箭式貨物運輸機。這種貨物運輸機采用無人駕駛的自動方式，但其第二級軌道器也可以作為客機使用?；鸺娇蜋C在效率和費用方面不如航空航天飛機，但技術(shù)困難少，因此US-NCC也把它作為一種方案提出來。

這種運輸機像航天飛機那樣垂直起飛，但助推器(第一級)也是有翼的，與主體分離后，可以滑翔返回發(fā)射場?，F(xiàn)在航天飛機的運輸費用是1kg貨物9000美元，但將來兩級火箭式貨物運輸機的費用可以期待降到1kg貨物1000美元以下。

2030年建成月球賓館

USNCC報告書指出，月球太空港一旦建成，不僅是宇航員，科學(xué)家與許多技能工人也將陸續(xù)登月。與此同時，建造月球賓館，組團登月旅行的計劃也在積極構(gòu)思中。一切順利的話，2030年，一座別開生面的月球賓館將在太空出現(xiàn)。

在月球上建造賓館，首先要考慮月球和地球環(huán)境的不同。理想位置宜選在晝夜溫差小、生活環(huán)境穩(wěn)定的地方，也就是建在太陽西沉后仍是白天的地方。鑒于月球的地軸傾斜度為50，距月球兩極緯度5。的地方就不會有完全的黑夜，氣溫可穩(wěn)定在0℃左右；這樣的地區(qū)，月球上有14.4萬km²，同時，考慮到距月球地表深93cm以下的地方受太陽溫度變化影響少，因此月球賓館通常是考慮建在地下的。

初步設(shè)想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(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使空氣保持與地球相同的大氣壓，室溫控制在18℃～24℃之間。第一座月球賓館將設(shè)有200間客房和供客人用餐的餐廳、休息室等，賓館的墻面設(shè)有能看到賓館周圍和宇宙景色的銀幕，每個客房都設(shè)有浴室、廁所、電視和可視電話，并配有健身體育設(shè)施。在重力和加速度只有地球1/6的月球上，乒乓球和網(wǎng)球必須加重質(zhì)量，同時還應(yīng)在乒乓臺周圍和網(wǎng)球場上鋪滿有吸附力的地毯，人們的鞋底也裝有吸附器以增加引力。

據(jù)USNCC報告書的設(shè)計，月球上每人每天的用水量，按地球上用水量折半計算，計需16.8kg，大量用水必須在月球上用化學(xué)方法生產(chǎn)。排放的生活廢水可通過再生重新變?yōu)榧儍舻乃?。月球上所需的能源，每天人均?4kW，全部由太陽能電池和燃料電池供應(yīng)。月球賓館所需的食品，計劃通過建立月球農(nóng)場和牧場來解決。農(nóng)場可栽培小麥、水稻、土豆、番茄等，在封閉式農(nóng)場的條件下，保持相當(dāng)于大氣中8倍濃度的二氧化碳，只需通常栽培植物的1/2時間，即可獲得3.8倍的收獲量。牧場也將飼養(yǎng)適應(yīng)月球環(huán)境的微型豬和雞、羅非魚、蝸牛等生物自給自足，屆時人類的登月折桂將不再是夢想。2040年建立火星據(jù)點

USNCC的報告的第三要點，是把火星作為月球之后的開拓目標(biāo)。火星的環(huán)境比月球更容易親近?；鹦怯邢喈?dāng)于地球1％的大氣(因此可以使用氣體制動器)，同時也存在水。自轉(zhuǎn)周期是24 h37 min。也有四季的變化，表面重力是地球的38％。

USNCC報告指出，人類在火星建立實用型據(jù)點是在2040年后。在此之前，無人探測器將多次詳細(xì)調(diào)查火星表面、內(nèi)層以及空域狀況?；鹦腔剡h(yuǎn)比月球基地距離地球遠(yuǎn)，因此從一開始就要求自給自足?；鹦巧先粲芯o急事態(tài)發(fā)生，救援隊從地球趕到火星也需要一年以上的時間。所以必須建立兩個火星基地，以便互相支援幫助。因此，火星基地不僅營造在火星表面，而且要營造在其衛(wèi)星幅波斯和德莫斯之上。這兩顆火衛(wèi)和小行星一樣，可能也含有很多有用的物資。現(xiàn)行的假說認(rèn)為這兩顆衛(wèi)星是被火星俘獲的小行星。

在火星衛(wèi)星的軌道上建設(shè)作為火星門戶的大空港?；鹦翘崭圻\行在比衛(wèi)星福波斯更靠近火星的軌道上。如果從福波斯和德莫斯這兩顆衛(wèi)星上伸出索道，那么以最小的能量就能把來自地球的連絡(luò)船送到火星表面。飛往火星的聯(lián)絡(luò)船首先用空氣制動器減速，進入環(huán)繞火星的長橢圓軌道；然后與德莫斯衛(wèi)星向上方伸出的索道對接，再沿索道而下，經(jīng)過德莫斯衛(wèi)星，到達(dá)下索道的末端；從這里放出，不用火箭逆噴射，就能進入更低的軌道。聯(lián)絡(luò)船

在經(jīng)過福波斯衛(wèi)星時也采取同樣的操作，然后與火星太空港對接，或直接突入火星大氣。當(dāng)然，從火星返程的聯(lián)絡(luò)船，按照完全相反的過程，經(jīng)火星太空港、福波斯、德莫斯飛向地球。

根據(jù)USNCC報告書的預(yù)測，在火星建筑初期基地是在2030-2040年，火星太空港的建設(shè)也在同時進行。至于真正的火星基地建設(shè)，恐怕要到21世紀(jì)50年代初才能開始。

2050年建成宇宙退回航母

USNCC報告認(rèn)為：50年后到月球去旅行，也許就像50年前乘飛機到國外一樣容易，但是飛往火星則決非易事，因為到火星去旅行，旅途就需要5～7個月以上的時間。為此，開發(fā)宇宙巡回航母成為USNCC報告的第四要點。

據(jù)USNCC報告，從地／月系統(tǒng)到外太空的出發(fā)點是Pull-1太空港。在兩個天體周圍存在著5個引力均衡點，由于是法國數(shù)學(xué)家拉格朗日首先發(fā)現(xiàn)的，所以取名為拉格朗日點：其中3個(Pull-1、Pull-2、Pull-3)在連結(jié)兩個天體的直線上，另外2個(Pull-4、Pull-5)分別與兩個天體連結(jié)能形成等邊三角形。之所以選擇拉格朗日點作為飛往外太空的出發(fā)點，是因為從這里出發(fā)，所需的脫離速度極小，最為節(jié)省能源。Pull-1太空港的建設(shè)將遲于地球太空港和火星太空港，大約要在2040年-2050年。

作為連結(jié)月球和火星的交通手段，USNCC報告提出開發(fā)宇宙巡回航母的獨特設(shè)想，這是跨越地球和火星的軌道，環(huán)繞太陽旋轉(zhuǎn)的宇宙船。根據(jù)以往的概念，火星宇宙飛船首先在地球附近加速，轉(zhuǎn)移到環(huán)繞太陽的軌道，到達(dá)火星附近再減速，轉(zhuǎn)移到環(huán)繞火星的軌道。這樣每一單程都要加速和減速，徒然浪費能量。宇宙巡回航母不需要加速或減速，僅在地球和火星附近通過。為到達(dá)目的地，先用聯(lián)絡(luò)船移乘宇宙巡回航母，再在適當(dāng)時換乘聯(lián)絡(luò)船，降落在目的星。如果選擇合適的軌道，那么宇宙巡回航母就可以以幾乎相同的機遇接近地球和火星。

乘坐宇宙巡回航母的旅行需幾個月的時間，因此船內(nèi)的設(shè)施就像遠(yuǎn)洋客船那樣復(fù)雜。船內(nèi)建立人造生態(tài)系統(tǒng)，再生氧氣和水，并栽培植物，因此糧食的一部分可以自給。而且，宇宙巡回航母必須能自給自足地航行幾年，因為萬一接近火星的移乘和補給失敗，那么到下一次接近都要單獨航行。

宇宙巡回航母以自身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生人造引力，防止乘員身體變?nèi)?。改變旋轉(zhuǎn)速度，人造引力的強度也會隨之改變。從地球飛向火星，先產(chǎn)生與地球相同的人造引力1G，到達(dá)火星附近時降為0.38G。這樣，乘員可在航行過程中與目的地的引力相適應(yīng)。從火星返回地球時，人造引力再逐漸提高。