未來50年人類宇宙探索計劃

在未來50年，人類在征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。最近，委員會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，寫下了人類未來50年開拓宇宙的宏偉理想。

2020年開通宇宙公路

專家在報告書中指出，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。什麼是宇宙公路？即以地球為出發點，把公路延伸到太空。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、從任何地方都能起飛的運輸手段。

根據USNCC報告書預測，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（註：1馬赫=1倍聲速，即340M／S），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，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，為了把貨物運往太空，人類還要開發兩級火箭式貨物運輸機。這種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。目前，太空梭的運輸費用是每磅貨物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每磅貨物1000美元以下。

2025年運行宇宙驛站

根據USNCC報告書的設定，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中繼點，即宇宙驛站。

第一個停車驛站是地球太空港，這是像太空站那樣的建築，人類可以乘Zeus航空太空梭在這裡降落，然後換乘宇宙聯絡船。太空港是聯絡船的停留地，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。

宇宙驛站一旦應用，那麼太空港會向兩個方向伸出長長的索道，出現一種非常有趣的現象：由於潮汐力的作用，在衛星軌道上運行的細長物體會產生向兩端托的力 ，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。這其實是以索道為媒介，交換雙方的能量和運動量，完全符合物理學定律。

2030年在月球上建工廠

USNCC報告書的第二要點就是，在月球、火星、小行星乃至宇宙空間，建立人類的據點，開發它的資源。根據報告書的預測，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。

聯絡船以液氫和液氧為推進劑，有客運和貨運兩種，基本設計相同，如果再裝上腳，就可以成為登月船。為解決聯絡船從月球到地球的減速問題，可以利用空氣制動的方法，即像在大氣上層掠過那樣飛行，利用空氣阻力，不使用推進劑也能減速。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。

過去的無人探測和阿波羅計劃是以月球為主的科學研究。將來的探測計劃則是從資源和居住的觀點調查月球，由發射的環繞月球極地軌道的探測器進行月極地詳細調查。

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，可以逐漸利用從月面取得的資源。月面基地逐漸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，但把月岩原封不動地送到太空去製作產品，也許更有用。因為月岩主要由硅酸鹽組成，處理月岩就可以取得人類呼吸和火箭推進劑必不可少的氧氣。月岩也含有鐵、鎳、鎂、鈦等金屬資源。

USNCC報告書認為，重返月球之後，作為資源的開採地，人類所選擇的目標也許不是火星和金星，而是小行星。小行星大部分分布在火星和木星的軌道之間，但也有一些小行星越過火星的軌道，能運行到地球附近。在適當的時機，登上這樣的小行星比登上月球更容易：在小行星上，也許含有在月岩里沒有找到的水、氧氣、碳、氮等有用物資。

在月球上建地下賓館

USNCC報告書指出，如果月球太空港建成，不僅是宇航員，科學家與許多技能工人也將陸續登月。與此同時，建造月球賓館、組團登月旅行的計劃也在積極構思中。如果一切順利的話，2030年，一座別開生面的月球賓館將出現在太空。

在月球上建造賓館，首先要考慮月球和地球環境的不同。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，也就是在太陽西沉後仍是白夜的地方。鑒於月球的地軸傾斜度為5度，距月球兩極緯度5度的地方就不會有完全的黑夜，氣溫可穩定在0℃左右，像這樣的地區，月球上有14.4萬平方公里；同時，考慮到距月球地表深93厘米以下的地方受太陽溫度變化影響小，因此，月球賓館也可以考慮建在地下。

初步設想是，利用月球的熔岩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。根據USNCC報告書的設計，月球上每人每天的用水量將按地球上用水量折半計算，需16.8千克，但如此大量的用水在月球上只能用化學方法，將排放的生活廢水通過再生重新變為明凈的水。在月球上，人均每天所需能源為14千瓦，全部由太陽能電池和燃料電池供應，而月球賓館所需的食品，計劃通過建立月球農場和牧場來解決。

月球農場可栽培小麥、水稻、土豆、番茄等，在封閉式農場的條件下，空氣中含有相當於大氣中8倍濃度的二氧化碳，這樣使得植物的生長周期縮短了一半，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

USNCC報告書中的第三要點就是：把火星作為月球之後的開拓目標。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（因此可以使用氣體制動器）；同時也存在水；自轉周期是24小時37分；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點可能得到2040年以後。相比月球基地，火星基地距離地球要遠得多，因此，在火星開拓的初期就要自給自足。火星上若有緊急事態發生，救援隊從地球趕到火星需要一年以上的時間。所以，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。火星太空港運行在比福波斯更靠近火星的軌道上，如果從福波斯和德莫斯伸出索道，那麼，以最小的能量就能把來自地球的聯絡船送到火星表面。

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。但是，飛往火星卻決非易事，因為到火星去旅行，旅途就要5～7個月以上的時間。為此，開發宇宙巡迴航母成為USNCC報告的第四要點。

作為連結月球和火星的交通手段，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，到達火星附近再減速，轉移到環繞火星的軌道。但這樣每一單程都要加速和減速，很浪費能量。

宇宙巡迴航母就避免了這樣頻繁的加速或減速，僅僅只在地球和火星附近通過。為到達目的地，先乘聯絡船再轉移到宇宙巡迴航母上，然後在適當時機換乘聯絡船，降落在目的地。如果選擇合適的軌道，那麼宇宙巡迴航母就能以幾乎相同的機遇接近地球和火星。

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。

USNCC的報告書一直預測到了2060年。那時，人類已使月球工業化，在火星也建立了真正的基地。

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