书城工业技术航天航空小百科-航天事业的希望
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第16章 航天的未来(2)

1984年4月6日挑战者号航天飞机升空后,在太空释放了一个“空间长期暴露实验装置”,上面携带了1400万粒植物种子,其中有900万粒西红柿种子,研究宇宙射线等太空因素对种子的影响。

经过6年的太空露晒之后,将这些种子加以回收,进行栽培实验,观察对种子从发芽、生长到结果的全过程有什么影响。

目前由于航天飞机在太空飞行的时间不长,不能在太空观察植物生长全过程的实验情况,所以美国寻找另一种途径,即在地面建立“第二生物圈”,即地面闭合式生态环境系统,包括模拟太空栽培植物的情况。

这一切都为建立空间农场打下了基础。

科学家们提出的未来空间农场的建设方案是:第一阶段在太空进行藻类植物养殖实验,以取得在失重环境下植物生长所必需的温度、湿度、光强度和营养等方面的数据;第二阶段进行种植西红柿、胡萝卜、莴苣等蔬菜和饲养鱼类、小猪等动物的实验,掌握在失重条件下栽种蔬菜和饲养动物的规律;第三阶段开辟植物种植区、动物饲养区,以及人员住房等,建立起农作物的太空实验场。

空间农场将为人在太空长期生活提供可靠的物质条件。不久的将来,人类便会实现齐奥尔科夫斯基的预言:在选择收获量最大的农作物及其生长的最佳条件下,空间农场的每寸地方都可能用来充裕地养活宇宙的移民。

人工天地设想由于航天技术的发展,世界上许多科学家提出在宇宙空间建造一个个人工天地的设想。

这种太空中的琼楼玉宇、天外仙境,为人类世世代代所向往。

美国宇航局最初设计的宇宙城,是一个像地球一样悬在太空的圆球,能够具备和在地球上一样的特殊优越条件,使人和成千上万的生物在上面安居乐业,繁衍生存,这是地球人长期以来梦寐以求的愿望。

1977年,美国普林斯顿大学奥尼尔博士发表《宇宙移民岛》一书,描绘了向宇宙空间移民的宇宙城的建设方案。

他指出,可以在宇宙空间中的地球和月球引力所及的范围内,建设巨大的宇宙移民岛,那里将成为人类移居的第二故乡。

这种宇宙岛在太空中以一定速度旋转,产生向心力以模拟地球的重力。

岛内培植土壤,加上入射的阳光,形成人造生态系统。

宇宙岛上的活动依赖太阳能,充分利用失重状态和阳光,建立宇宙工业,成为宇宙城的基础。

奥尼尔设计了以地球为蓝本的三种宇宙岛模型:一是岛直径为512米的中空球体,岛上的赤道内侧是居民区,高纬度区域装有大面积玻璃窗,在球体外由反射镜收集阳光,粮食由岛外侧的农业区域生产,工业原料由月球上的矿产供应。岛的屏蔽层厚2米。岛上的土壤、建筑物总重10万吨,防护层重3万吨。

二是岛直径为3600米的球体。

三是岛直径为64公里、长32公里的半球形封闭圆筒,陆地面积270平方公里,相当于一个大城市。

这些宇宙岛一个比一个复杂先进,可接纳越来越多的移民,最后变成一座太空城市。

建造宇宙岛必须解决物资运送问题,也就是说要有特殊的交通工具,即宇宙联络飞船。

它像一种能重复使用的普通飞机,太空飞行结束后可以展翅滑翔返回地球,休整两周后再进行太空飞行。

宇宙联络飞船把圆筒形的太空舱一个个运到宇宙空间,并在太空组装成宇宙站,然后以此为基础建成宇宙岛。

1975年,美国斯坦福大学的宇宙移民岛研究会也设计了一座斯坦福宇宙城。

它是一个直径为1890米的球体,中央有一直径为130米的圆筒区供人居住,此外设置有水田、鱼池、麦地、菜园、畜牧场、谷物仓、肉类加工场、各种工业设施和垃圾处理站。

这种宇宙岛的规模,已远不是飞机和船舶可以相比,用合金铝和钢铁制造已不适宜。

就像建设一座城市那样,完全要有钢筋混凝土的建筑,但其外形同金属制的相似,原料则利用月球上的岩石的矿物。

月球岩石富含铝、锰、钛、铁、硅和氧,其中金属可用来建造岛体,硅用来制造玻璃,氧供人呼吸用。

而构成生态系统的水、氮、碳等物质,则可从陨石中提取。

不过,实现这些设想,要经过相当长时间的努力才行。

地外文明探索当科学家经过探索了解到太阳系除地球之外不会再有智慧生物的时候,就把寻找地外文明的希望寄托在其他恒星上了。

恒星间的距离十分遥远,离太阳最近的半人马座比邻星也有422光年。

美国的旅行者号探测器经过15年的飞行,才刚到太阳系的边缘,而这个距离只有到比邻星的6300分之一。

这就是说,以旅行者号探测器的速度,需要6万多年的时间才能飞到比邻星。

那么恒星际航行是否可能?人类怎样才能对地外文明进行直接探索呢?英国科学家提出的代达罗斯计划,展现了恒星际航行的前景。

1973年1月10日,英国星际航行协会由科学家阿兰·邦德领导一个研究小组,制订了一项研究恒星际航行可能性的计划,根据在50年内预计可以达到的技术水平,研制一种以距离6光年的巴纳德星为目标的恒星际自动探测器。

这个被称为代达罗斯的宇航计划于1978年完成论证后提上研究日程。

代达罗斯飞船分为两级,总长200米,初始重量54000吨。

两级都采用独立的核聚变推进系统。

第一级有6个直径为608米的球形核燃料贮箱,可装46000吨燃料。

第二级有4个直径为308米的贮箱,可装4000吨燃料。

前面装有45吨重的设备和自动探测器,有效载荷包括18个子探测器,每个探测器都有独立的小型推进系统。

整个飞船的控制装置是一台大型计算机和各种智能化的机械装置,按预定程序自动协调每个活动。

代达罗斯飞船飞向太阳系外巴纳德星的设想是:第一级发动机工作205年后,与第二级分离,然后第二级点火工作176年。

预计两级持续工作38年后,可将飞船有效载荷加速到012倍光速,即每秒36000公里。

这时,第二级开始漫长的无动力飞行。

在接近这个巴纳德目标星前几年,子探测器开始向目标星、目标星行星及其卫星释放,并将它们探测到的信息发回飞船,经计算机处理后再发回到地面。

预计从飞船发射到地面接收到关于巴纳德星的有用探测信息要花60年时间。

虽然这个时间很长,但人的一生有可能经历这样一次壮丽恢宏的恒星际航行事业。

按照代达罗斯计划,飞船应在木卫四轨道上组装和加注燃料,而目前人类只能实现在地球轨道上建立有限的空间基地,显然还需要建立月球基地、火星基地作为过渡,使人类达到在行星际间往返自如的程度。

代达罗斯飞船完成一次恒星际航行任务需要长达半个世纪的时间,因此要解决飞船上各个系统的长寿命和高可靠性问题。

而且要有一代一代接力奉献的精神,才能达到目的。

飞船在飞出太阳系后,地球上的探测系统已很难作出快速反应,因此飞船上的各个系统要达到全部分任务的自动化和智能化,才有可能继续同他地面取得联系。

总之,真正实现代达罗斯计划会遇到许多难以解决的技术问题,除此之外,耗资巨大,无法估计,因此这个计划现在还只停留在设想阶段。

英国星际航行协会发生的总结报告指出,代达罗斯飞船的全部技术问题可望在半个世纪中得到解决。

代达罗斯计划小组研究得出的基本结论是:恒星际航行是极其困难的,但在可预见的未来是能实现的。目前理论上和技术上的探讨,为将来实际建造恒星际飞船指明了激动人心的前景。人类的后代终会看到这一天的到来。

载人航天进入多极化时代“神舟”七号的发射成功,显然已将原来的美苏两极格局打破,载人航天也由此进入了多极化时代,有专家向记者如是表示。实际上,“除中国外,欧空局(欧洲空间局)、日本、印度等也都在积极谋求载人航天发展,并已有所作为”,中国国防科技信息中心副研究员陈有荣告诉记者,“新兴航天力量不容忽视”。

“神五”,将中国推进载人航天大国之列“‘神五’的成功发射后,中国成为了世界上可以独立发展载人航天技术的第三个国家,”北京航空航天大学宇航学院副院长黄海教授如是说。

2003年10月,中国首个载人飞船“神舟”五号发射成功,中国成为世界上继美苏之后第三个实现载人航天的国家。相关专家向记者表示,中国载人航天虽然起步较晚,但一开始就站在了高起点上,并不是从“加加林”时代的飞船起步,也没有进行亚轨道飞船试验,实现了跨越式发展,中国的载人飞船技术在“神舟”五号上已经达到国际第三代载人飞船的水平。

在谈到发射“神舟”五号的意义时,美国知名航天政策分析专家约翰·派克向媒体指出,中国作为第一个亚洲国家和第一个发展中国家完成载人航天,不仅显示了中国的国家实力,从而也使中国成为美俄之外的第三股载人航天力量,而这显然将改变该领域国际竞争合作的格局。

2008年,“神舟”七号发射成功,世人的目光又一次地投向中国。在不久后的将来,中国在载人航天方面还要走得更远。中国政府早在2000年11月发表的《中国的航天》白皮书就确定了中国若干年航天发展的方向:分三步建立中国的载人航天体系。走完了载人飞行的第一步后,中国将进入载人航天第二步,即空间实验室工程,第三步则是通过研制更经济可靠的运输工具,研制和发射空间站。

欧洲、印度、日本,载人航天正在准备“欧洲、印度、日本等新兴航天力量也有意在载人航天领域一显身手,”陈有荣说。

上个世纪80年代中期,西欧航天技术的发展开始转向以载人航天为重点,并继续通过国际合作,逐步建立自主的载人航天体系。预计,在2010年后有可能研制成功成本低、效能高的第二代天地往返运输系统。

2004年2月3日,欧洲航天局(ESA)也正式宣布了先载人登上月球、再载人飞火星的“曙光女神”火星探测计划,这似乎是在同美国同年1月宣布的火星探测计划公开竞争。

就在中国的“神舟”五号着陆的第二天,印度总理瓦杰帕伊就敦促本国科学家力争用自己的航天器把人送上月球。

另外,日本参与了国际空间站的建造,负责研制一个日本实验舱。目前,日本宇宙事业开发团已经完成了实验舱大部分初期研究及研制工作,而这些工作为的是日本能够研制出自己独立发射的载人航天器。与此同时,日本媒体报道中称,东京计划到2020年把第一艘本国制造的载人飞船送上月球。