重返月球意味着什么

吴晨2019-08-05 16:01

(图片来源:壹图网)

1984年一天的清晨,美国第一位进入地球轨道飞行的宇航员格林(John Glenn)一个人开车去了华盛顿美国航空航天博物馆。博物馆还没有开门,格林站在博物馆外,透过玻璃窗看他乘坐的“友谊七号”返回舱,说了一句很有意思的话:“有时候,我在想,自己是不是犯了一个错?”此时的格林已经是美国联邦参议员,正在竞选美国总统的民主党提名,但是竞选很不顺利。他说这句话很有深意,好像在怀疑自己选择离开激动人心的航天事业,加入政界,是不是选择错了。总统竞选是那么世俗,那么沉闷,完全不同于在宇宙中俯瞰地球的那种奇妙感觉。可以肯定的是,他在怀念那个敢于梦想,敢于做伟大梦想的时代。

格林怀念的是什么时代?就是上世纪60年代。1961年,苏联人加加林成为第一位太空人;1969年,美国人阿姆斯特朗成为第一个登上月球的人。人类探索的新边疆一下子被打开了,似乎火星会是下一个人类征服的对象,而走出太阳系的太空旅行也可能只需要一代人就能实现。

那个梦想的时代其实就是野心的时代。

美国登月的阿波罗计划,给了上世纪六十年代的那一代人以伟大的梦想和为追寻梦想而寻找技术突破的激情。阿波罗计划所赋予的是,一个国家(美国)如何能为了追寻梦想而以举国之力运用集体智慧解决复杂问题的那种使命感。但阿波罗计划并没有如当时的人,尤其是科学界,所希望的那样开启人类探索宇宙的太空时代。相反,这个计划本身成为了目标,让宇航员成功登陆月球并安全返回成为了目标。达成目标之后,阿波罗计划也就被束之高阁,人类再没有迈出过地球轨道。阿波罗计划勾起了一代人的太空梦,却又埋葬了一代人的梦想。

今年,距离1969年阿姆斯特朗首次登月正好过去了半个世纪。《从零到一》的编辑彼得·蒂尔(Peter Thiel)的一句话颇能描述阿波罗世代在过去半个世纪的沮丧:“大家想要的是飞行汽车,却等来了140个字符(推特)。”

作为手段而不是目标的阿波罗计划

登月50年之后,地球上发生了翻天覆地的变化:人口增加了一倍,新葡京32450总量增加了300%,地球变得更加繁荣。但与此同时,每年二氧化碳排放平均增加140%,工业革命之后排放的二氧化碳总量中的三分之二是在过去五十年排放的。南极洲上空产生了臭氧空洞,AMAZON雨林有五分之一遭到砍伐。显然,加速发展的新葡京32450和不断迭代的科技给人类也带来了巨大挑战,尤其以生态环境被破坏和全球变暖最为棘手。

因为人类的活动给地球带来了深刻变化,一些地质研究者认为,大家已经进入到了一个全新的地质时代——人类世(Anthropocene)。那么,什么时候是人类世的开端呢?有专家就认为,阿姆斯特朗登月是人类世最明确的开始。这是人类第一次登上地球之外的星体,地球与月亮之间的关联很紧密,地球的地质年代与月球也有着明确的关联。大多数科学家认定,最初月亮的生成就源自一颗火星大小的行星与地球的碰撞。作为人类世的发端,人类能够影响地球之外的一个星体,并留下不可磨灭的痕迹,也非常有标志性。阿波罗登月在月球表面留下的痕迹,包括登月舱起落架、月球车、脚印、月球车的车辙印,以及人类的排泄物等。这些痕迹会长久地留在月球上,不会像在地球上被快速风化。

日益全球化的新葡京32450依赖两大基石:不断积累的资本和指数级的发展。这也意味着人类的活动对地球的影响日益深远。有专家给出了一个量化人类影响的公式:人类的“影响=人口*富裕程度*科技变化”,随着人口的增加,平均富裕程度的提升,以及技术的变革,人类所产生的影响也在快速增长。

恰恰是最近半个世纪人类活动对地球产生的深刻影响,让更多人意识到重新拾起阿波罗计划所代表的太空探索的重要意义。他们想象着把人类对地球影响的公式改变为“影响=人口*富裕程度/科技变化”,能把科技从分子变为分母,希翼太空科技的发展能够减少污染,减少对资源的消耗。AMAZON的老板贝索斯就是这种想法的代表,他寄希翼于开启一个宇宙工业化的时代,把重工业都转移到太空中去,还地球以清洁。

过去五十年,大家对宇宙的认知也让大家对地球面临的风险有了更深入的认知。月球上遍布的陨石坑就是活生生例子,比月球大得多的地球所能吸引到的袭击威胁就更高。尤其是上世纪80年代之后,专家们基本认同恐龙的灭绝源于一场小行星撞击地球的大灾难。有更为完备的太空计划,对太阳系乃至之外的宇宙有更深的了解也就变得尤为重要。一位专家甚至说:“恐龙之所以灭绝是因为他们没有太空计划,如果大家因为没有太空计划而灭绝,那真是活该!”

出于同样对地球环保压力或者未来风险的担心,越来越多人也希翼在地球之外找到新的家园。宇航先驱齐奥尔科夫斯基就有名言:“地球是人类的摇篮,但人类不能永远留在摇篮里。”当代私人航天的代言人,SpaceX的创始人马斯克希翼在有生之年让人类真正成为双行星生物,也因此把载人登陆火星作为目标。

把阿波罗计划作为手段,而不是目标,虽然迟到了半个世纪,却获得了新生。

太空探索的价值何在

在重新唤起人类太空梦想的同时,仍然需要思考几个关键问题:为什么要探索太空?为什么要投资探索太空的技术?对于这些问题,至少有三个视角值得大家去关注。

首先太空给了大家一个不同于地球的观测点,可以让大家更超脱地去观察地球,也可以让大家进一步探究宇宙。全新的视角会让大家有新奇的发现。

在发射了哈勃太空望远镜之后,因为在太空不再有大气的干扰,人类第一次可以看到更清晰的宇宙图片。几乎所有第一次进入太空的宇航员,都会如痴如醉地趴在窗口,回望蓝色的星球,看飞速移动的大陆,看太阳的升与落。在宇宙黑色深邃背景衬托下,大家的地球会显得如此地不同。只有在那一刻,你才可能去赞叹生命的美妙,同时也感慨生命的脆弱。

  其次,太空探索也能让大家去了解有关如何在太空生活的常识。

为了在太空中重塑人类适宜生存的环境,太空探索必须能“在螺丝壳里做道场”,循环利用各种资源。比如水就至关重要,尿液需要循环利用。探空探索的一项重要命题就是找到冰,因为这不仅能提供水源,还能将水分解成氢气和氧气,成为太空飞行的燃料。

在太空探索中生存,还需要去了解如何能够让一小群人长时间在封闭空间中合作生存。因为可预见未来的太空探险,不是在太空舱或者空间站,就是在月球或者火星的基地,空间有限,人数不多,时间很长,与地球的联系会随着距离增长而越来越不容易。如果以现有火箭技术,往返火星的行程至少要两年的时间,而火星和地球通讯传输的间隔是24分钟(也就是光速从火星到地球的距离)。

宇航员群体在过去50年发生的最大改变就是从大多数由飞行试飞员(加加林和阿姆斯特朗都是顶尖的试飞员)组成,变成引入更多科学家。如何让这两种人和睦相处很重要,因为科学家常常对试飞员出身的宇航员不屑。美国第一位太空行走的女宇航员苏利文(KathrynSullivan)是地球物理学家,就曾经对一位轻蔑对待她的前试飞员说:“你不过是我的司机罢了。”

从很多在地球上进行的封闭模拟试验中,研究人员已经发现,探索太空的宇航员不能只是飞行员和科学家两类人,需要吸引一些有着特定性格特征的人帮助团队成员更好的协作。比如,一个良好的团队需要一个领袖、一个社交秘书、一个会讲故事的人。最好既有内向的人,也有外向的人。而一个团队中最重要的角色并不是领袖,而是小丑。小丑不仅有趣,还很聪明,对小组的每个成员都有充分的了解,因而可以化解绝大部分因成员在长期密闭空间中密切接触而产生的紧张气氛,充当不同人群之间的桥梁。了解团队如何运作、团队何以会出状况,以及该怎样防止人际关系出现问题,将是决定太空探索成败的关键因素。

让更多女性成为宇航员也会增加团队的韧性。参与阿波罗计划的24名宇航员全部是男性。苏利文发现,当她成为第一批女性宇航训练员的时候,在以男性为主导的美国宇航局(NASA)对女性的理解甚至远远赶不上对宇宙的理解。他们给女性设计了标准尺码的宇航服防火内衣,但是女性的胸围和臀围都不是标准尺码能满足的,当女性宇航员抗议了之后,NASA才同意为她们定制宇航内衣。

第三个问题则是关于人本身,在微重力的环境中,大家的人体会发生什么变化?在没有了大气层和地球磁场保护的环境中,人体可能会遭受到什么样的损害?

这是一系列的难题。

首先是辐射。如果在月球上建设基地,如何规避辐射就成了大问题。科学家发现,在月球表面这样没有任何保护的外太空,宇航员有13%的可能性遭遇太阳质子爆发这样的大幅增加辐射的事件,这将增加患癌症的风险。他们有5%的几率会罹患辐射病,还有0.5%的可能直接被太阳辐射致死。1972年8月就发生过类似的太阳质子大爆发,而在爆发前后四个月分别是阿波罗16号和17号登陆月球,如果任何一次登月遇上了大爆发,宇航员根本没有生还的可能。

另一方面,太空探索对骨骼、肌肉、心肺都会有所影响。人体在失重状态下会有很多奇特的表现。比如视力会模糊,但是老花却能缓解;分不清上下左右,总觉得是头顶着地在倒立行走;体液不再受地心引力的控制,反而会加大身体中各种意想不到的地方的压力,比如说颅内压力。

孪生太空人凯利兄弟就被用来进行了一次比较试验。哥哥斯科特在国际空间站工作了一年多,弟弟马克则呆在地面作为对照系。斯科特回到地面之后,研究人员把两人的身体数据做了充分的对比。结果发现,斯科特在太空逗留期间端粒变长了。端粒是细胞核中染色体末端的DNA链,通常会随着细胞的分裂和老化而变短。斯科特体内与免疫系统相关的基因变得非常活跃,与DNA修复相关的细胞机制也是如此。另一个令人惊讶的观察结果是斯科特血液中存在大量线粒体碎片。线粒体是细胞内的微小结构,能从糖份中释放能量,一般只有在细胞受损或因压力死亡时才会进入血液。

好消息是在斯科特返回地球后不久,他体内发生并被记录下来的数千项变化几乎都恢复了正常。这表明健康的人体通常可以很好地从太空飞行的压力中恢复过来。

在微重力的太空还有很多未知的领域。比如是否能够成功怀孕生子?婴孩能否在微重力环境中成长?他们如果要回到地球又会面临什么样的挑战? 这些问题都有待未来的太空探索去回答。

重返月球的意义何在

重返月球的话题最近再次成为热点。在中国嫦娥四号探测器年初成功登陆月球背面之后,美国副总统迈克·彭斯在3月宣布美国宇航员将于2024年重返月球。

和50年前相比,重返月球的意义何在呢?

首先是在太空探索领域加入了更加多元的竞争。五十年前的登月是美苏两个超级大国之间的竞争,现在竞争的格局更为多元,竞争的焦点变成了如何更便宜更安全地重返月球,同时如何将重返月球的经验更好地应用于未来探索火星乃至太空深处。

美国宇航局在太空探险方面也有了全新的尝试,虽然阿波罗计划也曾经有上千家企业参与,但是火箭和飞船的设计完全由宇航局完成。现在诸如SpaceX和贝索斯的蓝色起源(BlueOrigin)这样私营航天企业也参与到了太空探索之中,美国宇航局也习惯了向私营企业直接采购火箭和解决方案。比如NASA总共向SpaceX的猎鹰9火箭和龙飞船提供了4亿美金资金帮助它研发,并直接采用“猎鹰9+龙飞船”作为向国际空间站运送物资的解决方案。有专家预测,如果NASA自行设计全新的火箭+飞船,费用要十倍以上。

私营航天也开始考虑给出自己的解决方案。SpaceX就有一套登月构想:可重复使用的猎鹰重型火箭会先发射一个货仓,将携带装满燃料的登月舱(总计八吨的载荷)运送到低地轨道;另一枚猎鹰重型火箭会发射龙飞船,龙飞船与货仓在低地轨道汇和,宇航员从龙飞船上进入货仓,货仓飞向月球并在月球登陆;宇航员完成月球探险之后,乘坐登月舱起飞回程,货仓留在月球作为未来月球基地的一部分,登月舱返回低地轨道,与龙飞船对接,宇航员乘坐龙飞船返回地球。

与阿波罗计划的月球轨道汇合模式不同,SpaceX的地球轨道汇合模式可以让飞船载有更多的载荷前往月球,并有更多物资建设月球基地。SpaceX计划的核心要素是使用可回收的火箭,让发射成本大为降低,同时增加更多可重复利用的模块,比如说还可以再发射一个或者多个八吨重的居住舱,与登月货仓对接,让宇航员前往月球的旅程更舒适。SpaceX的这些规划,其实是希翼拿登月做实验,为未来长途火星飞行做测试。

如果对比一下SpaceX的计划和NASA现有的规划,甚至会发现,NASA的计划太中规中矩,而私人航天的计划更雄心勃勃。

其次,月球也提供了各种为未来更广阔的太空探索做实验的试验场。

月球上已经发现有冰。如果能够大规模开采使用月球上的冰,就可能为太空旅行提供燃料。专家预测,从月球上开采制造燃料并运送到低地轨道,大概成本是每千克3000美金。

在月球上采矿是另一个可能性。已故的美国太空活动家奥尼尔(GerardKO’Neill)就畅想在月球和地球之间的太空架设太阳能空间站解决地球的能源危机,太空发电可以通过微波传递到地面,而月球则可以成为建造这太空站的原料产地。

谈到清洁能源,有人建议从月球灰尘中提取氦三同位素(Helium-3)。氦三同位素可以是用于核聚变产生清洁能源的一种原料,却没有放射性,100公斤就能够驱动一座大型发电厂。不过,问题是从月球尘土中提取氦三同位素太不容易,而且关于核聚变发电,人类还远没有掌握全部技术。

还有人希翼能在月球上开采类似铂金这样的贵金属。月球每年遭受大量陨石袭击,很多陨石里就有大量贵金属。如果能有效开采,可能带来几千亿甚至几万亿美金的收入。当然大量贵金属带到地球会因为供求关系的彻底改变而大幅拉低贵金属的价格,但专家认为这可以导致铂金的广泛使用,就好像当冶炼成本大幅降低之后铝被广泛使用一样。如果铂金很便宜,那么大量使用铂金的氢燃料电池也就会变得特别便宜,同样会推动清洁能源的普及。

阿波罗计划之后,NASA因为没有在此基础上进一步探索太空而备受批评,很多人认为它浪费了那一代人对梦想的追求。同时,也有批评者常说:“既然大家能把人送上月球,为什么大家不能……”比如说为什么大家不能减少对地球的污染?为什么大家不能让地球上每个人都脱离贫困?为什么大家不能阻止全球变暖?既然举国之力可以完成不可能完成的任务,克服各种困难,为什么不能用举国之力去解决其他问题?是缺乏动力、缺乏资金,还是什么别的原因?现在,大家知道,阿波罗计划的终止,既有政治的考虑(美国首先载人登陆月球成功是美苏争霸胜利的代表),也有成本的考量(毕竟阿波罗计划的最高峰,美国联邦政府投入了4.4%的预算)。

现在新的野心被燃起,不只是因为有了新的需求,也因为有了更多的参与者,重返月球将只是第一步。

(编辑系《新葡京32450学人·商论》实行总编辑)

 

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