《未来22世纪》是一部以新边疆之太空移民为线索的科幻小说,它的前奏是作为历史背景铺垫的,向海洋,沙漠和西伯利亚等方向的移民,那么需要设想人类真正具备经济可行性的进入太空的动机和通道。一个最明显的限制是,人类目前依靠化学能源升上太空,成本太高,一公斤栽荷进入同步轨道,大约需要一百万美元。而人类停留在太空,每人需要至少30升水作循环,连同损耗,即便是最高效率的循环回收装置,每个月至少还要再补充三升水(一加仑),仅此一项,初始发射费用就达到3千万美元,每个月外加三百万美元。这样的费用太贵了,不具任何经济可行性。
人类要真正移民太空,就必须解决这些根本性的后勤。可能的设想是,太空中本身有足够的水源,因此只需要完成初始开发的发射即可。这样初始的费用再贵,也是一次性,以后就可以直接取之于太空。这种可能性是存在的,而且太空中的水源,甚至在太阳的内圈轨道,都是取之不尽,只需要截住往来的慧星的一部分即可。一项精心设计的宇宙工程,可以把一个几十万吨,足球场立体大小的慧星,用塑料封闭后,通过定向爆破,将它转移到地球或者月球的轨道上,就可以成为一个巨大的,专供太空工程购买之用的“水库”。月球上也可能会有足够的水存量。月球上肯定遭受过慧星撞击,有些慧核没有完全气化进入太空,重新在撞击区凝固后,未来得及渗入月心就冻结起来,形成了月球下的水矿,可以通过地震波勘探这些水矿开采,这样就可以解决初期移民的水源。水源解决了,如果顺带还解决了二氧化碳的来源,就可以利用太空中的阳光,在太空中开始种植,移民的最困难一步就解决了。
但是移民太空,毕竟除了水以外,还有大量的其化后勤物资。如果不能解决升空费用昂贵的问题,太空移民也是不可能的。当然,换一个角度看,在技术不成熟时,太空费用太贵,未尝不是一件好事。不然阿猫阿狗都可以发射点玩具上天,再砸下来,恐怕就不是闹着玩的。化学燃料的燃烧极点只有几千度,这本身就已经限制了它的推力,也确定了发射上太空的高价。因此可以肯定的是,未来如果存在成熟的,较低成本的发射技术,肯定不会是化学燃料地发射火箭。美国正在研制中的甲烷空天飞机,可以利用大气层中稀薄的氧气,从而减轻了携带氧化剂的重量,并且可以将速度达到十几倍音速,接近第一宇宙速度的一半!把它作为发射平台,大概可以减少一级火箭,但成本降低不了多少,估计也不是解决方案。
核原料的技术未解决,而且核反应的反应效率虽高,却是缺乏作为反推力的物质,宇航中的核子发动机,因此连科幻在逻辑上的合理关口都过不了。类似的还有同质异能素,可以储存比化学燃料高一千倍的能量,但是它的反应方式是释放伽玛射线,如果不能找到其中的喷射中介,想象不出这些伽玛射线,如何变成推进火箭的动能。科幻无极限,可以想象,存在象《星际迷航》式的物质转移。但正如前面所说,这样太先进了,不象是《未来22世纪》的可能产物,而且也太可怕;等于说阿猫阿狗都可以随便弄点东西上太空,再砸下来,那个世界,一天到晚都是廉价洲际导弹的轰炸。
比较合理的方式是凡尔纳设想的太空大炮。当然,不是凡尔纳设想的,用火药发射,这样加速距离太短,加速度太大,就算是用来发射货物,恐怕都很容易损坏。可以设想用电磁轨道发射,这样就可以用地面的电力作成本,不必携带重复性的燃料,加速度可以调整,只需要解决进入空气中的冲击力,这样的话,发射成本就可以大幅度降下来,相应的是基建成本的大幅度增加。可以计算出,一个以10g(这是人类正常可以承受的最大加速度)加速度达到第一宇宙速度的加速距离S=v2/20g=32万米。这门大炮不太可能竖起来,就算钻入地壳也不行。不过喜好,从来没有说过,发射入太空,非要垂直。到今天为止的火箭发射之所以垂直,是因为火箭既然不能从大气中吸引氧气,那么垂直发射所需要携带的原料最少。
地面电磁炮不存在原料携带的问题,所以可以水平发射,距离虽然远了一点,但是工程费用却下降了,发射成本可以摊分到地面的能源上。而且既然可以水平发射,加速就不一定需要直线,可以回旋加速,加速轨道虽然达到64万米以上,但是维护成本却可以降下来。事实上,由于人类本身上可以坐太空梭上太空,所以加速度不一定需要限制在10g,如果提高到100g,发射轨道就只有几十公里长。对于今天已经可以建几千公里高铁的技术来说,未来22世纪建筑这样的电磁发射场,不成问题。发射加速的过程中,可以在抽真空的轨道之中。既然危险只是在接触空气时的震荡,但是能源却消耗在轨道加速的地面能源上,因此可以在载荷舱的前方甚至周围,包围上可以抛弃的,精巧的话可以回收的装甲外壳。
可以想象,发射过程中一枚炮弹一般的载舱,以第一宇宙速度更快的速度撞入大气中,发出远近可听的轰鸣和流星般的火光,——如果减轻撞击空气时的力量,当是要解决的技术难题,这里假定已经得到解决,今天的洲际导弹再入大气层,不会更容易;——然后在几秒内即已经进入到太空,保护层自动脱离,载舱的内置动力开动,驶向轨道上的集结站。用这个办法,由于降低了携带化学原料的成本,估计可以将初始发射成本降低100倍到1000倍。如果成真的话,宇宙移民的初始后勤的成本,就可以解决了。