天国之门:人类首次进入太空50年后,还剩下哪些前沿领域?

人类已经被限制在地球轨道环境数十年,但前往太阳系更深处的载人任务计划比比皆是


关于支持科学新闻

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅,您将有助于确保未来关于塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事。


1961年4月12日,苏联宇航员尤里·加加林做了一件前所未有的事情。在“东方1号”飞船上,加加林从哈萨克斯坦的发射场升空,进行了近两个小时的飞行,成为第一个进入太空的人。更重要的是,加加林成为第一个绕地球运行的人,美国直到第三次载人航天飞行,约翰·格伦在“友谊7号”上的三次轨道飞行(1962年2月20日)才实现这一壮举。

五十年后,太空竞赛以及它所隶属的冷战都已结束。苏联已经不复存在,但俄罗斯的太空计划已成为美国宇航局载人航天计划的宝贵合作伙伴。在过去的十年里,包括俄罗斯和美国在内的十几个国家向国际空间站派遣了宇航员,国际空间站是历史上服务时间最长的持续载人轨道前哨站。与此同时,中国也建立了自己的强大计划,自 2003 年以来已向太空发射了三次载人任务。

但自 1972 年最后一批阿波罗宇航员返回地球以来,人类对太阳系的探索范围已经缩小。加加林飞行后的最初 10 年充满了第一次——特别是开创性的登月任务 阿波罗 8 号阿波罗 11 号——但在过去的四十年里,除了往返近地轨道的飞行外,几乎没有其他进展。

在未来的几十年里,这种情况最终应该会改变。世界各地的航天机构正在计划雄心勃勃的任务,前往月球甚至更遥远的人类从未涉足的地点。没有人知道下一个尤里·加加林会是谁,或者他的宇航服上会装饰什么旗帜,但以下是一些太阳系目的地,它们可能会在未来 50 年内被新鲜的脚印所点缀。

月球
人类之前曾在那里着陆并行走过——事实上是六次——但自 1972 年以来,唯一的月球访客是机器人。美国仍然是唯一将宇航员送上月球的国家,而且几年来,看起来美国宇航局会比其他任何国家都先返回月球。乔治·W·布什总统在 2004 年提出,美国宇航局应在 2020 年之前将人类送回月球,但当 巴拉克·奥巴马总统在 2010 年取消了登月计划时,这一目标的可行性已经开始下降。奥巴马选择放弃布什时代的登月目标以及用于实现这一目标的航天器系统,转而采取更灵活的太空探索战略,使用新型深空发射器,其具体细节已成为美国宇航局和国会之间争议的焦点。

与此同时,中国一直在加强其月球探测计划,在 2007 年和 2010 年向月球发射了无人轨道飞行器。中国还展示了将航天员(有时被称为航天员)送入轨道的能力,官员们表示,航天员可能在 2025 年之前登上月球。这个时间表似乎与其他主要月球返回竞争者的时间表相符。与中国和美国一样,俄罗斯是唯一有能力将人类送入太空的国家。俄罗斯航天局局长表示,宇航员将在 2025 年之前登陆月球

但是,与中国登月任务的计划一样,而且美国宇航局在放弃布什时代计划后也清楚地意识到,从决定去月球到在月球表面插上旗帜之间,存在许多技术挑战。目前尚不清楚哪些国家(如果有的话)愿意追求载人登月这一昂贵、复杂且危险的目标。

近地小行星
当奥巴马将美国宇航局的注意力从月球转移开时,他指示该航天局在大约 2025 年左右进行一次载人小行星着陆。此类任务的吸引力是多方面的:首先,没有哪个国家实现过这一壮举,也没有哪个国家的宇航员曾冒险进入太阳系如此深处。小行星是丰富的科学信息库,保留了太阳系初期普遍存在的化学条件的记录。与登月相比,访问小行星可能还具有显着的后勤优势:小行星的引力要弱得多,这意味着航天器可以简单地在近距离与其会合,以便宇航员可以太空行走至表面,而无需完整的着陆舱。

但是,太空旅行没有什么是容易的,登陆小行星可能比简单的会合复杂得多。小行星通常是形状奇特的物体,旋转速度极快。有些小行星只不过是瓦砾堆,其松散的结构加上微弱的引力意味着小行星附近可能散落着松散结合的碎片。

无论如何,这样的任务都需要美国宇航局开发一种重型发射系统,将一组宇航员从地球轨道送出,而这种火箭的规格、时间表和成本已导致航天局和国会资助者之间产生摩擦。

火星
火星在科幻传说中被视为人类的目的地——这不足为奇,因为它仍然没有人类的脚印,但围绕太阳的轨道离地球非常近,完全在可能的探索范围之内。但这种可能性一直遥不可及。

如果这种情况发生改变,至少还需要二十年的时间。奥巴马已经表示,他的目标是在 2030 年代派遣美国宇航员进行一次往返火星的飞行,并在不久之后在红色星球上着陆。

到达火星可能需要广泛的国际合作——或者一些创造性的思维。一些国家已经联合起来进行火星的机器人探索,或为未来的载人任务奠定基础。中国的第一个火星探测器“萤火一号”预计将早在今年搭乘俄罗斯火箭前往红色星球,同时还有“福布斯-土壤”,一个前往火星两颗微小卫星之一福布斯的俄罗斯着陆器

俄罗斯还与欧洲航天局(ESA)合作,研究往返火星之旅的长期禁闭和隔离可能对宇航员产生的心理影响。在一项名为 Mars500 的实验中,目前正在进行中,六名志愿者正在莫斯科一个封闭的舱室内度过 500 多天,期间穿插着模拟的火星着陆和太空行走。

但仍然存在严重的技术挑战和生理问题。(例如,人类能否安全承受此类旅程带来的宇宙辐射剂量?)。目前,没有哪个国家能够向火星派遣载人任务,更不用说安全地返回机组人员了。

进入创造性思维:一些人,包括物理学家劳伦斯·克劳斯,提出到达火星的最佳方法可能是进行一次单程旅行。这将大大降低任务的复杂性——无需返回阶段,无需回程燃料——并将宇航员在行星际旅行中积累的危险宇宙辐射剂量减少一半。

拉格朗日点
2009 年,奥巴马上任后,召集了一个蓝丝带小组,审查美国宇航局的载人航天计划。该委员会的建议之一是执行一项载人任务前往太空中的一个拉格朗日点,这是太阳-地球系统中的五个引力平衡点之一,其中引力和离心力平衡,形成一个相对稳定的地点,基本上可以在深空轨道中悬停。(宇航员在拉格朗日点进行太空行走时无法探索太多,但这仍然是一次前所未有的深空之旅。)

其中一个点,一个远远超出月球轨道的位置,被称为 L2,已经成为无人天文航天器的热门目的地——美国宇航局和欧洲航天局都向那里派遣过任务。

L5 学会是一个 1970 年代的团体,受普林斯顿大学教授杰拉德·奥尼尔的太空殖民化思想的驱动,他们倡导在两个最稳定的拉格朗日点 L4 和 L5 建立人类存在。这个梦想尚未实现,但随着人类超越近地轨道并进入太阳系更深处,它可能会在未来几十年内实现。

© . All rights reserved.