就在最近马斯克在TED大会上被问到，去火星的票价是否可以低到几十万美元。 看来马斯克想去火星上生活的决定真的不是一天两天了，也就是说未来地球上的人就很可能是太空居民了。 因为在这个大会上，他回答说，价格在一定程度上取决于经济，但也需要让人们足够负担得起去火星旅行，这样可以吸引大约100万人到火星上建造城市。 马斯克说：＂ 如果飞往火星需要10万美元，那么我认为，几乎每个人都可以通过工作赚到10万美元。 ＂ 马斯克还补充说：＂对于任何想去的人，我们都愿意为他们提供服务。＂ 我最近就看了《太空居民》这本书，这书里告诉读者，人类为什么要离开地球，如何离开地球，以及如何在广阔的宇宙中克服重重困难、开拓新的生存空间。 《太空居民》这本书的作者是美国著名科普作家、科学记者克里斯托弗·万杰克，在书中系统性地分析了限制人类进入太空的因素，以及人类定居太空所面临的挑战，并探索了未来太空旅行可能的模式，帮助我们对太空旅居有更加清晰的认知。 第一部分、我们为什么要去太空？ 现代宇宙航行学奠基人，苏联航天之父康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基曾经说过：＂地球是人类的摇篮，但是人类不能永远生活在摇篮里。＂地球上的空气、水、阳光、温度、大气压力、重力、宇宙射线等元素都是独一无二的，经过十数亿年的演化，地球上的生命已经完全适应了地球的环境，人类一旦离开地球，生命将遭受极大的威胁。那么人类为什么要冒险去太空呢？ 太空活动倡导者认为，目前地球面临着严峻的 人口过剩和资源不足 的问题，如果人类能够探索和开发太空，拓展生存的空间和资源，此类难题将迎刃而解。其次，地球并不是绝对安全的生存家园，宇宙中的近地小行星 ，持续威胁着地球上的生命。还有一个非常现实的威胁，那就是气候变化。气候变化正影响着全球，极端天气、全球变暖威胁着人类生命安全、农业生产、水源等各个方面。 人口资源不匹配、天灾人祸、小行星威胁、气候变化等因素时刻威胁着人类在地球上的生活，不过这些问题还无法迫使或鼓励人们立刻去太空定居。作者认为人类之所以要去太空，是因为探索的欲望！ 第二部分、太空旅行所面临的挑战。 离开了地球的保护，人类不得不面对高能粒子辐射、重力不足、空气缺失、压力和温度等威胁，甚至由于长期居住在狭小的空间而出现精神疾病。 人类已经完全适应了地球上的重力环境，如果失去重力，我们骨骼里的钙会流失、肌肉会萎缩、血管扭曲变形导致眼睛最终失明。科学家尝试通过药物、加压护腿等方案进行调节，然而只能缓解失重所带来的影响，并不能完全避免，目前唯一可行的解决方案是制造和地球重力环境相当的＂人造重力＂。 太阳辐射 有两种辐射会威胁人类的太空活动：太阳辐射和宇宙辐射，这些辐射都源自带电粒子组成的等离子。现有的宇航服还不足以支撑宇航员长期暴露在宇宙射线中，这种无处不在的辐射缓慢地影响着宇航员的安全和健康。如何减少宇宙射线的影响呢？最新的研究发现，氢化氮化硼纳米管能够在承受巨大热量和压力的情况下，有效阻隔宇宙射线，可以作为未来航天器的主要材料。欧洲核子研究组织还研发了一种人造磁场，它的强度是地球磁场的3000倍，可以保护飞船内外的宇航员。 大气层将地球的温度保持在刚好合适的范围内，并实现温度的循环变化。像月球这种没有大气层保护的天体就没有这么幸运了，由于没有大气层来保持空气、产生温度，并使热量循环起来，在太阳照射和照射不到的位置之间，月球的日夜温差可达几百摄氏度。大气层还可以提供压力，合适的压力使得液态水无法自由膨胀为气态。目前人类主要依赖于宇航服和航天器的保护，来维持在太空的压力和温度。 第三部分、如何进入太空？ 要进入外太空，航天器必须摆脱地球引力的束缚，先进入地球轨道。航天器需要被加速到每秒8千米，才可以保持在近地轨道飞行，要让火箭能够获取足够的速度，通常需要大量的化学燃料。 齐奥尔科夫斯基推导出来的著名的＂齐奥尔科夫斯基＂火箭方程式是现代航天的基石。根据这个方程式，要想降低进入太空的成本，要么提高燃料效率，要么减少质量。现代的火箭为了减少质量，已经采用轻质材料制作而成，并且通过分级火箭的设计，在飞行过程中将空的燃料罐抛掉，没有更多的质量可以缩减了。那么我们只能从 提升燃料效率和运送工具 设计上做文章了。 进入太空 目前发射火箭主要采用液体氧和煤油、液体氢等的混合物作为燃料推进剂，这类燃料发动机的排气速度已经达到极限的每秒4.4千米。科学家们不断地研究新的燃料推进剂，哈佛大学在实验室发明了制造金属氢气的方法，将金属氢气作为燃料推进剂的话，可以将火箭排气速度提升到每秒16千米。如何稳定地生产和存储金属氢气，是当下亟需克服的工程难题。 除了金属氢气，核燃料由于威力巨大、小巧廉价，是一个很好的燃料选项，核动力的潜能是惊人的，理论上核动力可以把航天器的速度提升到每秒数百公里，然而由于担心发射过程中辐射的危害，人类到目前为止尚未投入使用。 除了提升燃料效率，人类也在 运送工具设计 上不断地推陈出新，有已经成熟应用的SpaceX的可回收火箭、正在商用的太空飞机，还有充满科幻色彩的天钩、太空电梯等方案。 NASA看好的SpaceX SpaceX开发了可部分重复使用的猎鹰1号和猎鹰9号运载火箭，对火箭重要部件进行改造优化，成功地让火箭助推器稳定着陆，并经过短暂的检查和维护，在几个星期内重复使用。 蓝色起源公司的亚轨道航班，以及维珍银河公司的＂太空船2号＂太空飞机，它设计了一种特殊的发动机，在低空时从大气中吸入氧气进行燃烧，在到达高海拔、空气更稀薄的高度后，切换到储存的火箭燃料进行燃烧推进。这种巧妙的设计思路，能够让太空飞机可以以较低的成本，获取更舒适的空间，提供类似商务客机的太空旅行体验。 齐奥尔科夫斯基在19世纪末提出了＂太空电梯＂的概念，首先向36000千米高的地球静止轨道发射一个平台，然后通过缆绳向下延伸并链接到地面，将人或者货物放在太空电梯里，通过太阳能电池板转化的太阳能将电梯运送到平台。目前该方案还面临技术可行性、电梯安全等各方面的挑战，我们在地球上几乎不可能拥有太空电梯。 受到太空电梯的启发，有人提出了＂天钩＂系统：在近地轨道的平台上连接一个缆绳和一个钩子或者磁铁，钩子或磁铁不需要固定在地球表面，而是通过缆绳悬挂在大气层边缘。通过热气球或者太空飞机将装满货物或人的太空舱吊在天钩上，然后再拉到近地轨道的平台上。昂贵的资金投入，阻碍了这个方案的实施。 第四部分、如何在太空中定居生活？ 月球上有生命之源——水，人类在月球上生活依然面临巨大的挑战。月球的重力只有地球的六分之一；稀薄的大气层，大约只有地球的十万分之一，基本相当于真空，昼夜温差高达几百摄氏度。由于缺少大气层和磁层的保护，宇宙辐射时时刻刻威胁着生命，因此月球基地必须建在地下，或者在表面覆盖超过两米厚的月球土壤，才能保证人类免于辐射伤害。还有一个最为关键的问题，月球上的一个月相当于地球上的一个月，漫长的黑夜将极大地限制地球植物的生长。 月球不适合人类居住 现有的技术条件下，月球在相当长时间内并不适合人类长期定居，作者认为未来月球会是集科学探索和工业园的发展模式。我们可以在月球建立科研基地，让科学家们依靠地球的物质运输补给，对月球进行深入的科学研究。月球含有两种地球上的稀有资源：氦和稀土矿物，如果未来机器人采矿产业发展成熟，人类还可以远程控制机器人来完成挖矿，甚至就地加工。 既然月球并不适合人类长期定居，那么我们将目光转向另外一个太空定居的热门——火星。 在太阳系的固态天体中，只有火星能够提供适当的重力及温度，并且拥有人类生存所需的所有化学元素。火星的重力大约为地球的38%，重力影响可能没有那么大；火星的白天温度最高可达20摄氏度，夜间温度降低至零下100摄氏度，这与地球南北极类似。世界各国航天机构研发的装置，能够在火星的岩石中提取氧气和水，也可以将火星大气中的二氧化碳转化成氧气和燃料甲烷。火星有着和地球极为相似的昼夜周期，因此在火星上种植农作物的难度大大降低，科学家已经模拟火星土壤中的农作物种植，洋葱、大蒜、生菜、芝麻、红薯、甘蓝等多种作物都长得很茂盛。 为了解决火星大气压力的问题，科学家提出了火星＂地球化＂的设想，通过在火星上建立一座生产温室气体的工厂，向火星大气中释放温室气体，给火星制造出一个大气层。 探索月球和定居火星所积累的经验和技术，将帮助人类更大胆地造访其他星球；随着航天科学的不断突破，人类必将前往更宜居和发展文明的恒星系，穿梭于无垠宇宙！