NASA「深空之門」是人類太空殖民的關鍵
美國國家航空航天局（NASA）把即將建設的繞月軌道空間站視為登陸火星的墊腳石。
國際空間站於1998年開始建設，2011年竣工，它是一個了不起的工程技術成就，也是宇航員遠離地球的家園，宇航員可以把國際空間站作為在軌前哨基地，在太空中工作和生活。
但是，按照計劃，國際空間站將於2028年退役，因此，NASA正在制定更加具有雄心的計劃，準備實施新一代的人類太空飛行任務。這一新的計劃將號召宇航員再次進行登月任務，在登月之後還將挺進更加遙遠的深空。特朗普總統於2017年12月表示，美國即將開展這些計劃的第一步工作，「最終將實現登陸火星，也許有一天，還要登陸更加遙遠的其他行星世界。」
NASA想實現上述計劃，就必須要建設一個新的空間站。提議建設的「深空之門」空間站不同於環繞地球軌道飛行的國際空間站，「深空之門」空間站將環繞月球軌道飛行。這個新空間站的宇航員將在驚人的、距離地球40多萬千米的太空中生活和工作，這一距離是國際空間站與地球距離的1000多倍。自從阿波羅計劃於1972年結束之後，人類就再也沒有派遣宇航員登上月球，目前，NASA也沒有制定儘快將宇航員送上月球的計劃，但是，「深空之門」空間站的建設將意味著人類於45年之後第一次在近地軌道之外開展太空探險活動。
「深空之門」空間站最初將被放置在月球周圍的近直線暈圈軌道，在所有月球軌道，近直線暈圈軌道可以很容易地作為地月軌道轉移的過渡，從近直線暈圈軌道進入月球極地軌道只需要730m/s的速度增量，耗時12小時左右，顯著優於其他過渡軌道。
「深空之門」空間站的各種部件將通過太空發射系統搭乘獵戶座宇宙飛船的第EM-2至EM-8次任務作為有效載荷發射升空。根據俄羅斯航天國家集團公司的說法，他們也可能使用「質子-M號」火箭及「安加拉-A5M」重型火箭來運載有效載荷及宇航員。
NASA還與波音公司、洛克希德·馬丁公司、軌道ATK公司、內華達山脈公司和空間系統洛拉爾公司合作研發「深空之門」空間站的重要組件——電力和推進元件。這一研發計劃已經被納入了NASA的下一步空間技術探索夥伴關係。
下一步空間技術探索夥伴關係是NASA利用公私夥伴關係模式開展的一項計劃，目標是尋求商業開發深空探測能力，以支持更廣泛的人類太空飛行任務。該計劃在2015-2016年已經投入1515萬美元的資金進行研發，2016-2018年之間的資金投入數量不清。已知獲得資金支持、進入合作夥伴關係的企業有：畢格羅航天公司、波音公司、洛克希德·馬丁公司、軌道ATK公司、Dynetics航空航天公司、軌道技術公司、UTC航空航天系統公司、艾德·阿斯特拉火箭公司。
可變比脈衝磁等離子體火箭設計結構圖
值得重點說一下的是：艾德·阿斯特拉火箭公司研發的可變比脈衝磁等離子體火箭，該火箭是用於航天器推進的電磁推進器，它使用無線電波來電離和加熱推進劑，通過磁場加速產生的等離子體來產生推力，是一個等離子體推進引擎。前宇航員富蘭克林·張·迪亞斯最初提出了可變比脈衝磁等離子體火箭的設計概念。這種新概念火箭產生的離子在實現熱分布之前立即從磁性噴嘴噴出，離子迴旋波中的幾乎所有能量都能夠在單程回旋加速器的吸收過程中均勻地轉移到電離等離子體中。
藝術概念圖：飛翔於太空的可變比脈衝磁等離子體火箭
在這一過程中，離子將以非常窄的能量分布離開磁性噴嘴，並且使得發動機中的磁體布置顯著簡化和緊湊。可變比脈衝磁等離子體火箭不使用電極，因此，它可以對大多數硬體部件進行磁屏蔽，從而消除電極腐蝕，在最大程度上減少了離子發動機的主要磨損。傳統火箭發動機存在非常複雜的管道、閥門、渦輪系統，與此相反的是，可變比脈衝磁等離子體火箭幾乎沒有需要活動的部件，火箭複雜性極大減小，可靠性極大提高。
藝術概念圖：洛克·希德馬丁公司建議的「深空之門」空間站建設草圖
「深空之門」空間站建設任務是一項重大的人類太空事業，它將建成強大的新型運載火箭、新型載人太空艙，還將對很多硬體設備提出更高的標準和要求。「深空之門」空間站建設成本將毫無疑問地超過國際空間站的建設及運行費用-1250億美元。即便國會順利批准所需費用，「深空之門」空間站將需要NASA與國際社會及私營企業形成合作夥伴關係，共同開展建設工作。美國國家航空航天局及俄羅斯聯邦航天局於2017年9月發布了一項關於合作事宜的非正式共同聲明，日本及加拿大的航空航天部門也已經表示有興趣參與合作。
目前，上述事宜都還未正式確定，很多人還針對新的空間站及載人太空飛行發表了一些批評意見。諾貝爾獎獲得者、理論物理學家史蒂夫·魏恩貝格博士就坦率地提出了批評意見。他把國際空間站批評為「軌道火雞」，他說：「把人類送入太空並不會發揮什麼有用的功能。」
具有挑戰性的太空環境
「深空之門」空間站的宇航員生活將是什麼樣的？對最初抵達「深空之門」空間站的宇航員來說，他們的生活將會很孤獨。在國際空間站工作及生活的宇航員，能夠看到又大又圓的地球。到了夜間，國際空間站的宇航員能夠通過空間站的窗戶看到地球上明亮的大塊紅斑，這些紅斑都是地球上的大都市。但對於「深空之門」空間站的宇航員來說，他們看到的地球，就只有一個手臂距離之外的拇指般大小了。如果「深空之門」空間站出現緊急情況需要救援時，地球發射的飛船需要數周之後才能夠到達。對比來看，國際空間站僅需要數小時就能夠完成撤離救援。
此外，深空是一個具有內在危險性的太空環境，包括高能宇宙射線在內的輻射將對宇航員造成時時刻刻的危險。
從木衛二「歐羅巴」遙望紅色巨人-火星。人類如何才能夠在地球之外、太陽系之外、甚至是宇宙空間之外生存？
「毫無疑問，深空環境具有無比的挑戰性和危險性，」亞利桑那大學天文學家克里斯·英庇博士說。克里斯·英庇博士曾經出版了著作《超越：未來的太空人類》。他說：「深空之門空間站將會比國際空間站狹窄的多，我認為，在深空之門空間站工作的宇航員將會承受更大的精神壓力。」
其實，僅是飛往「深空之門」空間站的路途，都是一項非常具有挑戰性的工作。人類需要研發一種稱為太空發射系統的新型重型運載火箭。目前已經在研發過程中的太空發射系統將會是人類製造過的最為強大的運載火箭，該火箭將能夠產生比阿波羅計劃所使用的土星五號火箭還要強大的推力。另一個宇航器-獵戶座載人太空艙也已經列入計劃，太空發射系統將與獵戶座載人太空艙一起，將宇航員送入地球軌道，然後再送入月球軌道。
藝術概念圖：NASA的太空發射系統被視為世界上最強大的運載火箭。
有人已經充分論證說明，月球及其附近太空區域，是人類太空飛行的下一個合理目標。「這樣想是非常自然，」英庇博士說：「人類最終將對地球之外的深空進行探測，這一理想是否能夠實現，取決於人類是否能夠成功實現長期在太空中生活及工作，取決於人類是否能夠在太空中保持健康、養活自己、實現空間站物資的重複補給。」人類已經在國際空間站中認真地做出著努力，人類將在建議實施的「深空之門」空間站中繼續這一努力。
英庇博士說，「深空之門」空間站的低引力環境將把人類解放出來，以便實現對太陽系進行探索的夢想。
登陸火星的墊腳石
在進入月球軌道之後，「深空之門」空間站宇航員的下一個明顯目標將會是月球表面，人類最後一次登陸月球是阿波羅17號登月任務宇航員尤金·塞爾南及哈里森·施密特於1972年12月完成的。下一步計劃，也是最終目標，將會是火星。
「深空之門空間站將會成為人類進入更深太空的大門，」NASA人類探索和行動任務理事會發言人謝麗爾·沃納通過電子郵件對美國全國廣播公司新聞頻道數字及創新作品平台News MACH編輯部說。謝麗爾·沃納還補充說：「被稱為地月軌道空間的月球附近太空區域能夠為人類提供真實的深空環境，我們可以從該區域獲得工作經驗，以便在更加遙遠的太陽系空間領域實施人類探索任務，其中就包括了火星登陸計劃。」
沃納強調說，「深空之門」空間站的具體設計方案還未最終敲定，但目前已經確定，該空間站的建設計劃將包括一個新的推進系統及新的宇航員居住艙。
NASA早已開始了部分關鍵組件的研發工作。按照計劃，太空發射系統將於2019年12月進行一次無人測試飛行，該次飛行任務的代號為NASA探測任務1號。本次任務將把一個獵戶座載人太空艙送入月球軌道，還要完成大約6顆衛星的部署任務。NASA探測任務2號預計將於2022年進行，這次任務將是該類任務的第一次載人飛行。在這兩次任務完成之後，NASA計劃按照每年一次的節奏進行接下來的發射任務。
NASA的宇航員於2017年在墨西哥灣進行「獵戶座號」載人太空艙緊急逃生演練。
NASA於2017年春季發表的一個聲明稱：「到了二十一世紀二十年代末，NASA計划進行一次為期一年的載人太空飛行任務，對這個系統的安全性、可用性進行測試，以便最終將新的太空發射系統用於將人類的宇航員送出地月系統、送達其他遙遠的目的地。」
在接下來的50年時間裡，「深空之門」空間站的研發和建設工作不僅能夠幫助人類將宇航員送到地球之外的遙遠太空及行星，該空間站還將促進人類研發一系列的尖端科技。2017年秋季，NASA號召科學界及產業界提出基於「深空之門」空間站的試驗計劃建議，下個月將在丹佛市召開的一次工作會議將以此為主題進行研究討論。NASA希望得到的試驗計劃建議將涵蓋如下內容：行星科學、天體物理學、地球觀測、太陽物理學、基礎空間生物學、人類健康學、人類行為學等。
人類必須對太空進行探索
很多太空飛行專家認為，無論「深空之門」空間站能夠完成多少科學試驗、取得多少科學成就，如果僅就科學研究而言，並不能夠完全證明「深空之門」空間站研發及建設工作的正當性及必要性。
「我們認為，人類確實能夠通過深空之門空間站取得大量的科學成就，但是，在所有重要的事情中，科研工作還不是重中之重，科研工作並不是研發建設深空之門空間站的最重要動機及因素，」麻省理工學院行星科學家理查德·賓采爾博士說，研發建設「深空之門」空間站將是一項無比浩大的人類工程，如果僅僅是為了搞一點科研工作就投入如此巨大的人力物力，這是無論如何都說不過去的，人類必須以登陸火星為目標，只有這個目標，才值得耗資巨億建設「深空之門」空間站，才值得投入大量的人力物力，因為，「深空之門」空間站最終將成為人類登陸火星的墊腳石。
「如果我們的最終目標是登陸火星，我們就必須要學會如何在地球上對遙遠的宇航器進行操作，」他說：「我們需要具有此類工作經驗。」人類已經能夠順利地操作位於近地軌道的宇航器，近地軌道空間已經成為了人類太空飛行的舒適區域。他認為，研發建設「深空之門」空間站的一個重要動機就是要獲得在舒適區域之外，對宇航器進行操作的工作經驗。
當然，推動人類開展「深空之門」空間站研發建設工作的終極理由，推動人類在此之後進一步開展登陸火星任務的終極理由，其實是來自於人類心靈中的一個終極確信，即：人類終有一天將不得不離開我們的家園——地球。賓采爾博士援引火箭先驅者、科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基的話證明了上述觀點，齊奧爾科夫斯基曾經說過：「地球是孕育人類的搖籃，但是，沒有人會永遠在搖籃中生活。」
人類正在通過機器人宇航器對太空進行探索，到目前為止，已經完成了對所有太陽系行星的探測任務，這是一個驚人的成就，機器人太空探測計劃的費用成本要遠遠少於載人太空探測計劃的成本。但賓采爾博士表示說，同機器人太空探測任務相比，載人太空飛行計劃更加能夠激發人類對於探索太空的想像力，他說：「將人類送入太空能夠對整個人類社會、對人類的想像力形成強烈的刺激，這種刺激和衝擊是巨大的、難以量化的。這種刺激、衝擊來自於人類的好奇心、來自於人類對於探索未知世界的內在衝動。」
人類還將研發能夠以接近光速進行飛行的宇航器。
太空飛船概念圖片：NASA正在研發的曲速引擎驅動的太空飛船，希望有朝一日可以超越光速。
曲速引擎是一種超光速推進系統，曲速引擎的理論在設定上並不允許在兩點間進行瞬時旅行。曲速技術設想，通過在宇宙飛船周圍出了一種正常時空的人工「氣泡」，使得飛船可以安全地以快於光速幾個數量級的速度航行，同時又迴避了時間膨脹的相對論問題。
2014年6月，NASA的物理學家懷特提出了可作星際旅行的宇宙飛船「IXS企業號」概念，一旦飛船面世，只需兩周便可到達距離太陽4光年遠的地方。2015年5月，NASA已經開展了對曲速引擎的研究工作，並對這種科幻級的動力系統進行了測試，測試工作在NASA約翰遜航天中心雄鷹工作實驗室進行，目前已經通過一套動力裝置獲得了推力。而這個裝置的原理，並非一般意義上靠扭曲時空行進的「曲速引擎」。
外界科學家猜測，該實驗背後的數學和物理原理目前還不完善，甚至可能並不存在。
NASA是否已經擁有可以超越光速的曲速引擎，這個問題還有待證實。
但是，如果美國已經擁有了超光速引擎技術呢……
來源：
https://www.nbcnews.com/mach/science/nasa-s-deep-space-gateway-seen-key-bold-plan-mars-ncna838056
譯者：朱川
責編：鍾天意
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