登月之后，人类航天事业为什么没有再进一步？

出品：科普中国

建造：长征⑨号

监制：中国科学院计较机收集信息中间

本年是2018年——距人类第一颗人造卫星的发射，已颠末去了足足60多年。这60多年里，人类当作功进入太空，登岸月球，成立了年夜型空间站，取得了长足的前进。

而细心的人们会发现，这些工作几乎都发生在前1/5的时候中，在那十几年里，人类的航天成长的确是"年夜跃进"——第一颗人造卫星发射之后仅仅12年，人类就登上了月球。那时的人们感觉，月球基地已经是可以看得见的工作，登岸火星也是触手可及的。

然而，自1971年末，"阿波罗17"号标的目的月球挥手辞别后，人类再也没走出过近地轨道——这的确是给人们的航天热情兜头浇下一盆冷水——让人感觉，随后的几十年，人类航天成长似乎就是障碍的。

"阿波罗17"号最后一次登岸月球（图片来历：NASA）

"障碍的半个宿世纪"？航天事业的成长是倾覆式的

但这真的是"障碍的半个宿世纪"吗？

谜底显然是否认的，不仅如斯，这一段时候以来，人类航天事业取得的进展反而加倍显著了。

有些人认为载人登月之后，全球航天预算的相对缩减是一种"倒退"，其实否则。固然我们在激烈的竞赛中尽可以"年夜干快上"一番，但这毕竟是以其他方面预算的削减为价格的。从某种意义上来说，这种"战术上的胜利"可能会激发"计谋上的掉利"，从久远来看，这显然是一种得不偿掉的行为。

狂热终归是临时的，人类航天事业也毕竟要回归到正常的成长纪律上来。

并且就载人登月这一自己概念而言，它其实并没有跨越那时的手艺范围——当然操纵系统工程，把这些手艺整合起来也是一件很是厉害的工作。就像我们可以操纵当作千上万个电子管组合出一个运算速度还过得去的计较机一样，但一旦面临更高要求的运算的时辰，我们只能上晶体管了——现实上阿波罗飞船上的节制计较机，其运算能力还不现在天的一个智妙手机。

现代航天事业已经跟着经济与手艺的成长，与之前截然不同，甚至可以说是倾覆式的：人造卫星已经起头逐渐解脱曩昔的"傻年夜黑粗"的样子，细小卫星的成长已经初具规模，而应用于运载火箭的一系列新手艺，新思维，让载荷的平均发射当作本更是显著降低；同样，年夜型的人造卫星在手艺上也显著晋升——无论从功能仍是利用寿命而言，都是不成同日而语的；出格是以GPS为代表的航天"军转平易近"手艺，早已经渗入进人们糊口的方方面面，极年夜晋升了人们的糊口程度——甚至连"六根清净"的佛门，也对航天手艺带来的当作果布满等候（少林寺拜访航天科技新闻）。是以，航天范畴的成长委实长短常庞大的。

GPS手艺成长提高人们的糊口程度（图片来历：Unsplash）

再次登岸月球：没需要！登岸火星：表露了这些坚苦与问题

有人会问，既然手艺是当作熟的，那我们怎么仍是在近地轨道，再也登不上月球了呢？

现实上不是"登不上"，而是"没需要"。

事理是很简单的：因为人们已经不再知足于仅仅挖石头，插个旗了——更况且，这种简单的操作，机械人不仅更适合，代价还更廉价——丢弃了复杂的"人"这一身分，发射吨位可以年夜年夜降低，天然当作本也年夜年夜降低了。

同样去月球巡视，挖石头，载人登月需要起飞质量约3000吨，箭体直径10米的超重型火箭，而派驻机械人上去（嫦娥三号、嫦娥四号），只需要起飞质量450吨，箭体直径3.35米的中型火箭；就算是采样返回（嫦娥五号），火箭的起飞质量也不会跨越一千吨，所利用的火箭，其芯级直径也不会跨越5米。

但这也并不料味着人类不会再上月球了。

在人类当作功登月之后，几乎所有人都以登岸火星为下一个方针——固然金星更近，可是金星概况极端恶劣的情况其实不适合作为下一个登岸的方针。而登岸火星的难度显然是远远跨越登月的难度的——至少不克不及用载人登月类比。

地球与火星之间的距离现实上年夜到恐怖。有一个网站很活泼地表现了这一点（http://joshworth.com/dev/pixelspace/pixelspace_solarsystem.html）。月球到地球之间的距离很近，是以去月球大要需要3-5天，往返最多不跨越两周；而去火星需要250天摆布（最终取决于出发的时辰，地火之间的距离，快的200天竣事，慢的要300天），那么往返至少需要600天（因为还需要在火星上等返回地球的时候窗口）。因为使命时候的敏捷耽误，是以在登月时无需解决的问题将表露出来，使得整个打算变得十分复杂。

图片来历：Elon Musk instagram

此中，最显著的问题就是，长时候表露在微重力情况下对于宇航员的心理影响。

看过航天员执行完使命，返回地球出舱的样子就知道，他们都是被人抬出来的——持久表露在掉重情况下会导致航天员的身体呈现一系列转变，使之难以顺应地球的重力情况。固然火星概况的重力加快度只有2/5g，但到地球上仍是年夜了不少。是以宇航员若何在两百多天的飞翔中，让身体机能下降得不是很厉害，就是一个很值得研究的问题。

同样主要的就是心理感化。太空恶劣的情况使得航天员只能在密闭舱段中糊口，而全使命周期将长达一年半，漫长的使命时长，逼仄狭隘的空间，极易激发各类心理问题——而这种问题往往还会与心理身分协同感化，使得问题进一步复杂化。

还有一点就是辐射问题。位于低地球轨道的空间站，其轨道高度不跨越450km，这是因为范-艾伦辐射带的客不雅存在所决议的（其下界约500km）。地球磁场同样也屏障了年夜量的宇宙射线（包罗银河射线以及太阳射线），而在载人深空探测的过程中，航天器将会直接表露于这些较为高能的射线之中。同时因为其使命时候长，是以其剂量将会跨越近地空间站航天员所接管的辐照。

不仅如斯，长时候的使命对于航天器的靠得住性要求变得加倍苛刻，同时过于遥远的距离使得补给、测控、通信等方面的难度变得加倍年夜，需要投入更多的资本去解决。

而针对小概率故障的应急机制也需要成立——这一点已经在"阿波罗13"号获得了充实的表现，固然最后古迹般地把所有航天员都捞了回来，但表露出的问题依旧是需要警醒的。

空间站&异星基地

基于以上方面的原因，空间站的扶植就是十分显然的工作。宇航员进行持久在轨驻留，除了要进行空间科学尝试之外，自己也是尝试对象。这对于航天医学、航天心理学等前沿学科的成长，无疑也是极年夜的增益。

固然空间站离地面比力近，可是它的复杂水平也是数一数二的。例如：阿波罗飞船最多就是三个舱段，而空间站是十几个舱段协同感化的庞然年夜物，此中蕴含的手艺布景也是曩昔的航天事业所无法企及的。

更主要的是，空间站打算作为一项持久工程，对于运营的要求也半斤八两高——还包罗了列国的共同努力，这是曩昔无法想象的。

空间站扶植（图片来历：NASA）

前面我们提到，载人登火除了需要长时候的飞翔以外，也需要颠末漫长的期待才能比及窗口期。是以在火星上成立一个基地算是一个附加的使命——相对于扶植了几十年的空间站而言，异星基地的确就是一张白纸。

异星基地的扶植与空间站年夜同小异，素质上依旧是人类在太空保存的一个呵护所——但因为星球重力场以及星球间距离的客不雅存在，其扶植难度要年夜于空间站，运营难度也要年夜于空间站。

以宇航员就医为例，空间站的宇航员在突发身体疾病之后可以经由过程地球进行及时现场诊断，最不济也可以直接返回地球；而一旦在火星上遭遇了这种工作，十几分钟的通信延迟也足够让看病这一问题变得麻烦，更不消说返回地球了。

火星基地构思图（图片来历：Elon Musk instagram）

幸好地球有月球这么颗卫星，还可以在上面成立基地，碰着问题还可以跑回来，算是有充实的演习空间，若是跟金星一样没有卫星的话，那就很麻烦了——这意味着我们需要冒很年夜的风险。同时，因为月球基地是一项声势浩荡的工程，是以响应的研究也需要进行年夜量的投入。

所以我们可以看到，NASA在载人登岸火星的初期陈述中，包罗了年夜型空间站与月球基地，固然中心同化着不少"黑货"，可是从手艺路径上来看，倒是十分需要的存在。诚然跟着科技的成长，良多内容可以简化，但依旧是十分复杂的。中国的航天计谋也年夜致包罗了这些内容，也是颇有异曲同工之妙。

从这种意义上说，我们也能诠释为什么登月之后，人类航天事业处于"障碍状况"了——下一个方针本色上已经是一个"质变"的景象，但没有足够的"量变"，是不成能实现的。而一旦质变发生，那又是一个让宿世界为之赞叹的人类的佳构——月球基地，登岸火星将是这个阶段的方针，但我们需要时候。

当然最主要的依旧是，合作。

（本文中标明来历的图片均已获得授权）

发表于 2018-06-05 00:00
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