未来50年的宇宙之旅

王致诚

在未来的50年，人类在征服宇宙的道路中将能取得多大成就?美国国家宇宙委员会(USNCC)对此进行了大肚的预测。这个1985年3月由里根总统任命的USNCC经过20多年的考察研究之后，最近向现任总统奥巴马递交了一份题为《2010-2060年开拓宇宙新边疆》的报告，在这份200余页的报告中，写下了人类面向未来50年开拓宇宙的宏伟理想。

2015年启用太空梯

美国国家宇宙委员会(USNCC)报告书的第一要点，是开发通往宇宙的、既安全又便宜的运输手段。2009年一家位于美国西雅图的公司主动挑起了制造太空梯的重担。目前美国航空航天局的高级设计研究所已投资制造太空梯，全部资金大约需要70～100亿美元。

从理论上讲，太空梯并不神奇。在地球赤道的海面上建造一个平台，用飞船放下一条长达10万km的绳索，把它固定在平台上，随着地球一起旋转，由于旋转所产生的离心力刚好抵消了地球的吸引力，它便得到了一个向外的张力，于是，太空梯就从地球到太空之间竖立起来。它就像你在头顶上甩动一根一头拴着小球的绳子一样。然后，用一个由激光提供能量的爬升器在缆绳上上下移动，运送飞船、建筑材料甚至乘客。

科学家们设想，先把一个携带太空梯半成品的飞船或航天飞机发射到与地球同步的静止卫星所在的轨道上，使其和地球同步飞行。把这个半成品的太空梯从飞船上放下来，落到赤道海面上的平台上。把半成品的太空梯固定在平台上，然后，飞船就漂浮在上面。接着再用一个由激光束提供能量的爬升器在这个太空梯的半成品上上下移动，把其他建造太空梯的缆绳拧在这个太空梯半成品上，进一步建造太空梯，这大约要用两年半的时间。这样，太空梯才最后建成。

2020年开通宇宙公路

USNCC报告书上指出，开发通往宇宙既安全又便宜的另一运输手段是宇宙公路。即以地球为出发点，把公路延伸到太空。目前这些公路的出入口仅限于美国的卡纳维拉尔角和苏联的拜科努尔等几个地点，而且费用高得惊人。为了把太空置于人类的控制之下，必须开发更便宜的，从什么地方都能起飞的运输手段。

根据USNCC报告书预测，将在2020年实现在普通机场也能起飞的Zeus航空航天飞机，可采用改变动作的方式飞行，即从起飞到速度达到4倍音速这一阶段，采用吸收外部气体并压缩它的滑轮喷气引擎；在高空速度从4倍音速增加到12倍音速期间，采用压缩外部气体速度能的超音速燃烧冲压喷气引擎；冲出大气层后采用火箭引擎。这样在不同的速度和高度，分别采用最佳的动作方式，就能达到经济省能的效果。

这种Zeus航空航天飞机是未来专门用于运送旅客的。为了把货物运往太空，还要开发两级火箭式货物运输机。这种货物运输机采用无人驾驶的自动方式，但其第二级轨道器也可以作为客机使用。火箭式客机在效率和费用方面不如航空航天飞机，但技术困难少，因此US-NCC也把它作为一种方案提出来。

这种运输机像航天飞机那样垂直起飞，但助推器(第一级)也是有翼的，与主体分离后，可以滑翔返回发射场。现在航天飞机的运输费用是1kg货物9000美元，但将来两级火箭式货物运输机的费用可以期待降到1kg货物1000美元以下。

2030年建成月球宾馆

USNCC报告书指出，月球太空港一旦建成，不仅是宇航员，科学家与许多技能工人也将陆续登月。与此同时，建造月球宾馆，组团登月旅行的计划也在积极构思中。一切顺利的话，2030年，一座别开生面的月球宾馆将在太空出现。

在月球上建造宾馆，首先要考虑月球和地球环境的不同。理想位置宜选在昼夜温差小、生活环境稳定的地方，也就是建在太阳西沉后仍是白天的地方。鉴于月球的地轴倾斜度为50，距月球两极纬度5。的地方就不会有完全的黑夜，气温可稳定在0℃左右；这样的地区，月球上有14.4万km²，同时，考虑到距月球地表深93cm以下的地方受太阳温度变化影响少，因此月球宾馆通常是考虑建在地下的。

初步设想利用月球的熔岩隧道建在地下的月球宾馆，将建立一个维持生命的环境调节系统，使空气保持与地球相同的大气压，室温控制在18℃～24℃之间。第一座月球宾馆将设有200间客房和供客人用餐的餐厅、休息室等，宾馆的墙面设有能看到宾馆周围和宇宙景色的银幕，每个客房都设有浴室、厕所、电视和可视电话，并配有健身体育设施。在重力和加速度只有地球1/6的月球上，乒乓球和网球必须加重质量，同时还应在乒乓台周围和网球场上铺满有吸附力的地毯，人们的鞋底也装有吸附器以增加引力。

据USNCC报告书的设计，月球上每人每天的用水量，按地球上用水量折半计算，计需16.8kg，大量用水必须在月球上用化学方法生产。排放的生活废水可通过再生重新变为纯净的水。月球上所需的能源，每天人均为14kW，全部由太阳能电池和燃料电池供应。月球宾馆所需的食品，计划通过建立月球农场和牧场来解决。农场可栽培小麦、水稻、土豆、番茄等，在封闭式农场的条件下，保持相当于大气中8倍浓度的二氧化碳，只需通常栽培植物的1/2时间，即可获得3.8倍的收获量。牧场也将饲养适应月球环境的微型猪和鸡、罗非鱼、蜗牛等生物自给自足，届时人类的登月折桂将不再是梦想。2040年建立火星据点

USNCC的报告的第三要点，是把火星作为月球之后的开拓目标。火星的环境比月球更容易亲近。火星有相当于地球1％的大气(因此可以使用气体制动器)，同时也存在水。自转周期是24 h37 min。也有四季的变化，表面重力是地球的38％。

USNCC报告指出，人类在火星建立实用型据点是在2040年后。在此之前，无人探测器将多次详细调查火星表面、内层以及空域状况。火星基地远比月球基地距离地球远，因此从一开始就要求自给自足。火星上若有紧急事态发生，救援队从地球赶到火星也需要一年以上的时间。所以必须建立两个火星基地，以便互相支援帮助。因此，火星基地不仅营造在火星表面，而且要营造在其卫星幅波斯和德莫斯之上。这两颗火卫和小行星一样，可能也含有很多有用的物资。现行的假说认为这两颗卫星是被火星俘获的小行星。

在火星卫星的轨道上建设作为火星门户的大空港。火星太空港运行在比卫星福波斯更靠近火星的轨道上。如果从福波斯和德莫斯这两颗卫星上伸出索道，那么以最小的能量就能把来自地球的连络船送到火星表面。飞往火星的联络船首先用空气制动器减速，进入环绕火星的长椭圆轨道；然后与德莫斯卫星向上方伸出的索道对接，再沿索道而下，经过德莫斯卫星，到达下索道的末端；从这里放出，不用火箭逆喷射，就能进入更低的轨道。联络船

在经过福波斯卫星时也采取同样的操作，然后与火星太空港对接，或直接突入火星大气。当然，从火星返程的联络船，按照完全相反的过程，经火星太空港、福波斯、德莫斯飞向地球。

根据USNCC报告书的预测，在火星建筑初期基地是在2030-2040年，火星太空港的建设也在同时进行。至于真正的火星基地建设，恐怕要到21世纪50年代初才能开始。

2050年建成宇宙退回航母

USNCC报告认为：50年后到月球去旅行，也许就像50年前乘飞机到国外一样容易，但是飞往火星则决非易事，因为到火星去旅行，旅途就需要5～7个月以上的时间。为此，开发宇宙巡回航母成为USNCC报告的第四要点。

据USNCC报告，从地／月系统到外太空的出发点是Pull-1太空港。在两个天体周围存在着5个引力均衡点，由于是法国数学家拉格朗日首先发现的，所以取名为拉格朗日点：其中3个(Pull-1、Pull-2、Pull-3)在连结两个天体的直线上，另外2个(Pull-4、Pull-5)分别与两个天体连结能形成等边三角形。之所以选择拉格朗日点作为飞往外太空的出发点，是因为从这里出发，所需的脱离速度极小，最为节省能源。Pull-1太空港的建设将迟于地球太空港和火星太空港，大约要在2040年-2050年。

作为连结月球和火星的交通手段，USNCC报告提出开发宇宙巡回航母的独特设想，这是跨越地球和火星的轨道，环绕太阳旋转的宇宙船。根据以往的概念，火星宇宙飞船首先在地球附近加速，转移到环绕太阳的轨道，到达火星附近再减速，转移到环绕火星的轨道。这样每一单程都要加速和减速，徒然浪费能量。宇宙巡回航母不需要加速或减速，仅在地球和火星附近通过。为到达目的地，先用联络船移乘宇宙巡回航母，再在适当时换乘联络船，降落在目的星。如果选择合适的轨道，那么宇宙巡回航母就可以以几乎相同的机遇接近地球和火星。

乘坐宇宙巡回航母的旅行需几个月的时间，因此船内的设施就像远洋客船那样复杂。船内建立人造生态系统，再生氧气和水，并栽培植物，因此粮食的一部分可以自给。而且，宇宙巡回航母必须能自给自足地航行几年，因为万一接近火星的移乘和补给失败，那么到下一次接近都要单独航行。

宇宙巡回航母以自身旋转产生人造引力，防止乘员身体变弱。改变旋转速度，人造引力的强度也会随之改变。从地球飞向火星，先产生与地球相同的人造引力1G，到达火星附近时降为0.38G。这样，乘员可在航行过程中与目的地的引力相适应。从火星返回地球时，人造引力再逐渐提高。