資本實驗室·今日創新觀察

聚焦前沿科技創新與傳統產業升級

李鑫

如果人類突然出現在太空，甚至別的星球，如果那裏有外星人，並且看到了我們，會不會驚呼：瞧啊！那是哪裏來的太空怪客？

人類長期以來都渴望探索廣袤無垠的太空。事實上，無論是私營企業，還是上市太空科技公司，都正在爲第二輪太空競賽做準備。這項非常昂貴的競賽，將讓我們得以慢慢接近於揭示宇宙的答案，並探索我們人類自身的新領域。

儘管競賽仍在繼續，但在探索太陽系以及更廣闊的太空的過程中，重點的轉移和有限的預算已經削弱了NASA（美國航空航天局）的領先地位。與此同時，像SpaceX和維珍銀河這樣的私營企業資金充裕，並正在加緊步伐，試圖設計出更好、更大、更快的火箭。

這是一件好事。因爲，如果人類要在其它星球上找到生命，或者爲我們自己再找到一個新的星球，就需要做更多的工作：工程師和科學家們需要開發生命支持系統，需要尋找可靠的水源和燃料，需要克服太空生活對身體產生的不良影響，還需要找到一種更快的旅行方式……

需要做的事情還有太多，但將普通人送到月球和更遠的星球上似乎不再是遙不可及的事情。然而，這一切什麼時候纔會最終發生？人類何時才能最終在外星世界遨遊？

根據各公司的太空探索計劃，我們得以一窺這美好的未來：

2017年底：發射獵鷹重型火箭

SpaceX計劃於2017年底之前首次發射獵鷹重型火箭。因爲獵鷹重型火箭可以重複使用，所以該火箭將有效載荷送入太空的成本，是下一個最接近的可操作飛行器——三角洲4號重型運載火箭的三分之一。

這一較低的前期費用意味着更多的機構能夠在外層空間開展測試。其中一個測試是行星學會（Planetary Society）的光帆2號（LightSail 2）太陽帆飛船，將於2018年初搭載獵鷹重型火箭升空。

SpaceX公司的獵鷹重型火箭名不虛傳：高70米的火箭上裝載了27個火箭發動機。這會產生很多額外的重量，但有效載荷的增加讓這一切都變得值得——該火箭能發射重達63.8噸的設備、貨物以及乘客進入環繞地球的軌道。這比航天飛機到達同等高度所能承運量的2倍還多。

2018：爲太空旅遊做好準備

2018年，SpaceX計劃發射有史以來數量最多的30艘火箭進入軌道（2017年爲20艘）。更多的嘗試將爲該公司獲取更多的數據，並進一步完善技術，以更廉價、更安全的方式發射火箭。

最終，這種廉價又安全的太空飛行將使太空旅遊成爲可能。事實上，就在今年，SpaceX宣佈，他們將於2018年將兩名人類送入月球軌道。

與此同時，維珍銀河公司正準備在2018年二月底之前將首批宇航員送入太空。然而，在其進行載人發射之前，飛船將會進行一系列的試飛活動。

這架名爲VSS Unity的航天飛機，於2017年初完成了其第五次“滑翔飛行”（與傳統太空火箭的垂直軌跡不同）。

在2018年一月，VSS Unity將會在靠近卡拉曼線（Karaman line）的地區飛行，卡拉曼線是劃分地球大氣層和外太空的官方界線，位於地表上方100公里（62英里）處。

同在2018年初，科學家將會測試LightSail 2太陽帆飛船，這是一種通過利用太陽能光子的能量而穿越宇宙空間的裝置，不需要任何燃料箱或推進器。

LightSail 2是一艘由公民集資資助的宇宙飛船，由行星學會（促進外太空探索的最大非營利性組織）創建，它將證明太陽帆會推進飛船進入更加深遠的太空這一理念。

這架無人駕駛的輕型宇宙飛船將搭載SpaceX的獵鷹重型火箭進入太空，並在720公里（447.4英里）的高度試飛。

2019：太空旅遊與觀測

藍色起源（Blue Origin）公司是由亞馬遜創始人傑夫·貝索斯創建的太空飛行服務公司。公司最近宣佈，將於2019年四月前將遊客帶入太空。遊客將分爲六組，乘坐18米（60英尺）高的火箭到達距離地球表面約爲100公里（62英里）的太空邊緣。

一旦到達那裏，他們將體驗零重力飛行。三個獨立的降落傘和一個制動推力系統可確保乘客緩慢地航行回到地球。這種體驗價格可不低——有傳言說，一張登上New Glenn火箭進入地球軌道的票價在15萬美元到25萬美元之間。

然而，人們願意報名確是毋庸置疑的——維珍銀河公司（Virgin Galactic）的一個空間旅行項目，據傳就已有700人報名。

2019年，藍色起源計劃擴大規模，新建二級和三級火箭。二級和三級火箭完全可以重複使用，高度可達99米（326英尺）。並且，相對於SpaceX的獵鷹重型火箭，能以相對較低的成本運送有效載荷。

NASA還計劃於2019年一季度發射詹姆斯·韋伯望遠鏡。該望遠鏡將會通過紅外線觀測太陽系成熟過程的每一個階段。由於詹姆斯·韋伯望遠鏡擁有18個六角反射鏡的陣列，最終將比哈勃太空望遠鏡功能強大一百倍。

通過直徑6.5米的主鏡（哈勃望遠鏡中的主鏡直徑僅爲2.4米），詹姆斯·韋伯望遠鏡將會探測到諸如星系形成等事件，這些事件可追溯到宇宙大爆炸時期。該望遠鏡還會特別關注發現新的可能支持生命存在的行星。

2020-2025：“地球依存”和外太空

從尋找液態水的證據，到在火星表面的土壤中探測有機物，“好奇號”火星探測器已經解釋了一些關於火星表面基本的問題。

然而，這些信息也引發了更多關於其它元素可能存在的問題。爲此，爲了確定火星的大氣層中是否存在氧氣以及氧氣的濃度，“好奇號”的繼任者——火星2020號，將會安裝一系列傳感器和儀器，以讓它能夠回答這些問題。

如果人類有可能親自造訪火星的話，關於氧氣濃度的信息將會非常重要，這於2030年可能就會實現。

如果我們想將其它星球變爲殖民地，還有很多其它的事情需要去做。NASA已經設立了三個階段，需要我們可能對其它星球實現殖民之前去完成：

第一階段，NASA稱之爲“地球依存”，我們繼續探測在太空生活的可行性，並在國際空間站進行更多的研究。

第二階段：也就是“試驗場”階段，圍繞月球的操作，可用來建立將人類安全送回地球的路徑。

完成這兩個階段之後，我們最終將到達第三階段（“地球獨立”），在這個階段，人們將在火星上建立自給自足的殖民地。

在人類首次登月僅僅50年後，NASA正準備發射另一艘載人航天飛船到月球以外的空間。宇航員將登上一艘名爲“獵戶座”的飛船，該飛船將會用NASA的SLS（太空發射系統）進行發射，該系統是一個模塊化的重型運載火箭。與SpaceX的獵鷹重型火箭相似，SLS的最大有效載荷爲70到130噸。

然而，該飛船在載人飛行之前會先進行一些無人試飛。

第一次任務是探索任務-1，定於2018年實施。SLS將發射無人飛船前往月球，進入月球表面上空100千米（62英里）的軌道，並運用重力將自身推進到深遠的、未探測過的太空。這一任務的目標是檢測飛船能否幫助人類在遠距離的星球旅行中存活下來。

第二個任務（探索任務-2），計劃於2021年八月實施，將會是NASA的首次超越月球的載人飛行測試。NASA總部負責勘探系統開發的副主管Bill Hill於2016年在NASA的博客中說，“在這次任務中，我們有一系列的測試，旨在驗證關鍵的功能，包括任務規劃、系統性能、船員界面、以及在深空空間的導航與制導。”

爲了獲得環月飛行的足夠動力，該航天飛船將先環繞地球進行數次飛行，偶爾還會點燃推進器。“獵戶座”在其圍繞月球軌道穩定飛行期間，會收集數據並測試飛船的星際飛行能力。

2022：使火星成爲可居住星球

21世紀20年代，NASA在忙於探索人類在太空保持健康的方式，而SpaceX計劃開始在太空落實基礎設施建設，以讓人類實現在太空建立殖民地的設想。SpaceX預期於2022年完成其首次5460萬公里（3390萬英里）的火星之旅。

埃隆·馬斯克在今年年初提供的最新消息，揭示了其關於火箭的諸多計劃，這些火箭在體積和功能上要遠大於NASA的空間發射系統，甚至超越了他自己公司的獵鷹重型火箭——BFR。如此大的火箭將有空間裝載足夠的燃料，以將人類帶上火星，或者甚至能用於基於地球的城市間的飛行。

具有最大150噸的有效載荷量，這個巨大的、106米（347.7英尺）高的火箭將打破目前送入軌道的最大有效載荷（包括貨物、燃料和乘客）記錄，同時，爲每次額外的發射提供最低成本。

爲了到達月球，BFR將從地球表面發射，將之前在地球軌道上燃料庫中的推進劑進行輸送，在軌道上加速，然後在途中添加一次燃料以支撐餘下的距離，以到達月球表面，然後着陸。SpaceX計劃，火箭一旦返回軌道，便爲其補充燃料，以延長其飛行距離，擴展其有效載荷，以期能安全返回地球。

測試表明，在太空中爲火箭補給燃料是可能實現的。NASA於2011年進行了一次機器人燃料補給任務，在國際空間站的一個外部平臺上成功地完成了機器人操作的推進燃料輸送。

到2022年，SpaceX預計將在火星上至少降落兩艘貨船，以便爲人類建立棲息地。這些最初任務的首要目標是在火星表面找到可靠的水源。

2024：BFR載人任務

在那些貨船建好基礎設施的兩年後，SpaceX計劃將人類送到火星居住。那些登上BFR的40個火星運輸模塊的乘客將會首先開啓這史無前例的空間旅行。

馬斯克可能會承認，這個時間表是一個大膽的安排。並且該時間表可能不會以SpaceX喜歡的方式推進。據《連線》雜誌報道，因爲行星排列，和其它因素，如太陽能需要和燃料限制，地球-火星旅行的發射窗口僅有幾周的時間。

這就表明，即使所有其它的部件都已就序——不論BFR，還是BFR的前輩——獵鷹重型火箭，都未必能成功發射。

如果BFR能成功到達火星，它將把建造一個推進燃料生產廠作爲其火星殖民的一部分。該計劃將從大氣中吸收二氧化碳，並利用太陽能將其轉化成深低溫四氧化碳燃料。

2025-2030：在太空停留一年

SpaceX可能準備好於21世紀20年代初，將人類送入太空生活，但NASA相對更加謹慎。這個政府太空機構正計劃將宇航員送入軌道一年，以確信人們是否確實準備好生活在一個不同的星球上。

2016年三月，NASA的宇航員Scott Kelly在國際空間站完成了一項爲期一年的類似任務，以測試零重力對人體產生的影響，以及這對未來的火星之旅意味着什麼。

然而，與Scott Kelly的任務不同，NASA的2021年任務是將宇航員送入月球軌道。他們會進入一個“深空通道”，這種“通道”是一種類似於國際空間站的小型空間站，將作爲未來深入太空任務的測試點，包括之後前往火星的任務。

“深空通道”會通過五次早期任務建立，其中四次都是載人任務。生活於月球軌道中一年，不同的日夜轉化和太陽輻射等因素，對人體會產生什麼樣的影響，還不爲我們所知。

2030：NASA將人類送到火星

SpaceX火星載人任務完成五年後，NASA計劃將自己的航天飛船送到火星上。運用“好奇號”和“火星2020”採集的數據和樣本，NASA將首次確定人類將如何在火星上生存，然後再從其深空通道發射載人航天飛船。

| 編譯：李鑫 原作者：Victor Tangermann