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硬件準備就緒,馬斯克星際飛船升級重點轉向提高人類生存能力

SpaceX已經有了些生命支持系統方面的經驗,其新的載人飛船名為Crew Dragon,旨在將宇航員送往國際空間站。

圖片來源:視覺中國

文 | 騰訊科技

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SpaceX已經有了些生命支持系統方面的經驗,其新的載人飛船名為Crew Dragon,旨在將宇航員送往國際空間站。然而,為短距離的軌道旅行提供生命支持與在太空中維持人們數周或數月生命所需的生命支持有很大的不同。

SpaceX的星際飛船原型

10月5日消息,據外媒報道,美國太空探索技術公司SpaceX首席執行官埃隆·馬斯克(Elon Musk)現在已經就星際飛船(Starship)及其運載火箭做了四次介紹,但所有這些更新都集中在硬件外部規格上。馬斯克幾乎沒有提及在星際飛船上保持人類生存和健康所需的技術。但是如果這種飛船在不久的將來用于將人們送往月球和火星等太空目的地,就需要相對較快地開發這類維生技術。

對于任何飛船和火箭來說,馬斯克提議設計的星際飛船規格絕對令人印象深刻。據推測,星際飛船將超過50米高,直徑為9米。在美國德克薩斯州博卡奇卡的最新介紹中,馬斯克聲稱,最終版本的飛船和火箭將能夠發射150噸有效載荷到地球軌道上,與載人登月的土星五號火箭(Saturn V)的能力相媲美。這意味著,在投入使用時,星際飛船將會成為世界上最強大的飛船加火箭組合。

但如果SpaceX想讓人們長時間地生活在星際飛船上,事情就會變得復雜得多。生命支持系統增加了飛船的重量和復雜性。宇航員需要鍛煉和睡覺的地方,呼吸空氣的地方,喝水的地方。如果星際飛船計劃幫助啟動馬斯克多次提出的月球基地,那么月球上較高的輻射環境將需要更先進的屏蔽形式。

當將宇航員送往馬斯克夢想的目的地火星時,所有這些問題都將變得更加突出。由于距離遙遠,宇航員將無法在數年內獲得補給,而且他們與地球的通信將會出現延遲。輻射將變得更加嚴重,目前尚不清楚這將如何影響人體。與NASA合作的Translational Research Institute for Space Health主任多利特·多諾威爾(Dorit Donoviel)稱:“認為我們可以在未來十年內把人送上火星的想法是非常天真的。現實地說,我們至少需要10年或更長時間才能讓宇航員在太空旅行中感到舒適。”

馬斯克之前在他的星際飛船演講中談到了生命支持和人類健康問題,但只是一帶而過。在最近的一次演講中,這位SpaceX首席執行官兩次被問及星際飛船將使用什么樣的生命支持系統。馬斯克表示:“相對于航天器本身,我認為做到這一點并不是非常困難。生命維持系統非常簡單。”

維生系統復雜性

生命支持系統包含了人類從地球上生存所需的所有基本東西。美國宇航局國際空間站生命支持系統的副主管約翰·蓋普(John Cover)說:“任何能讓宇航員存活和運轉并保持環境安全的東西都是真正的生命支持系統。”最基本的需要是大氣。生命維持系統必須為人們提供合適的氣體混合物以供呼吸,并在二氧化碳積累到危險數量之前將其從空氣中去除。必須保持適當的溫度和大氣壓。宇航員將需要飲用水,以及適當地廢水處理方案。

SpaceX已經有了些生命支持系統方面的經驗,其新的載人飛船名為Crew Dragon,旨在將宇航員送往國際空間站。然而,為短距離的軌道旅行提供生命支持與在太空中維持人們數周或數月生命所需的生命支持有很大的不同。

首先,氧氣和水都可以在軌道旅行中用有限的容器提供,剛好足夠把人們送到他們的長期目的地。然而,在國際空間站上,人們每次在那里駐留幾個月,“再生”系統已經到位,用于提供像氧氣和水這樣的東西,這意味著它們在一個閉環系統中被回收。尿液和汗液被循環利用,并重新變成飲用水,同時有些水在電解過程中被分解成氧和氫,這樣人們就可以呼吸。

馬斯克介紹星際飛船的升級細節

馬斯克確實說過,星際飛船上的生命維持系統將是可“再生”的。但是生命支持系統往往是沉重而復雜的,甚至會改變飛船的操作方式。弄清楚如何在緊急情況下保證人們的安全也是關鍵。蓋普指出:“一旦你開始談論將宇航員送上飛船,你就需要開始談論危險,以及這些危險是如何出現的。”他還稱,如果出現問題,宇航員可能會受傷或死亡。因此,有相當多的工作必須到位。

馬斯克聲稱,人們最早明年就可以乘坐星際飛船飛上太空,這意味著安裝好生命支持系統應該是未來幾個月的首要任務。這項技術現在已經存在,所以他們有可能按照雄心勃勃的時間表實施計劃。但是SpaceX在再生生命支持系統方面沒有太多的書面經驗,載人龍飛船上的生命支持系統不是可再生的。即便如此,實際上還沒有人類搭乘其新式飛行器飛行。

在月球表面生存

如果SpaceX希望在月球上建立永久基地,事情就會變得更加困難。首先,人們遠離地球的時間越長,他們暴露在太空輻射和銀河宇宙射線下的時間就越多。這些是來自太陽或銀河系外遙遠的高能粒子,可以穿透皮膚和其他材料,對生物組織造成損害。地球的大氣層和磁場有助于保護我們免受大部分輻射,但在外層空間和月球上,這種保護就消失了。

由于阿波羅宇航員在月球上停留的時間如此很短,因此他們受到的輻射只有小幅增加。而生活在月球上將受到更高水平的輻射,如果太陽發生大規模的太陽耀斑,它可能會向月球發送大劑量的輻射。多諾威爾認為,NASA和研究人員懷疑,高強度的輻射可能會導致中樞神經系統受損,并影響大腦功能。但最終,我們尚不知道具體影響,因為我們已經很長時間沒有把人送入深空。

多諾威爾指出:“我們對輻射一無所知,這真的是我所關心的問題。NASA處理大量輻射工作的方式已經得到了很多預測,他們試圖阻止人們越過一定的界限。他們就是這么處理的。但我不知道這會不會奏效,我認為我們嚴重低估了輻射的影響。”

在現實中,將需要某種輻射屏蔽,而星際飛船的不銹鋼外殼可能不足以長時間保護宇航員。專家建議在月球棲息地內襯上水或冰來減少這些粒子的影響,但宇宙射線中的某些元素(被稱為重離子)甚至可能能夠穿透它們。也許最好的選擇是創造被月球泥土覆蓋的棲息地,但這將需要大量的挖掘和施工設備。馬斯克在他最新的演示中暗示,SpaceX可能也會這么做。但如果是這樣的話,在建立任何月球城市之前,需要提前很長時間做準備。

在星際飛船的幫助下開建月球基地的藝術渲染圖

美國中佛羅里達大學的行星物理學家菲爾·梅茨格(Phil Metzger)解釋稱:“你必須提出所有這些非常基本的建筑問題。在你提出了基本問題之后,你會說:‘好的,這些技術已經成熟了。我們可以開始建造飛行硬件,而其他技術還不是很成熟。’”

如果這個月球基地需要自力更生,采礦設備也將變得至關重要。對月球的再補給任務將比那些在地球軌道上向國際空間站運送補給困難得多,因為月球的中轉時間只有幾天。而月球基地的宇航員將需要依賴他們周圍的資源,例如建筑用的泥土和可能用于飲用并轉化為燃料的水冰。開采這些資源的所有設備都可以由星際飛船帶到月球,但是現在還不清楚他們會是什么樣子,因為之前沒有人在月球上真正操作過這樣的設備。

梅茨格表示:“在地球上,建立礦井可能需要20年,但那是在地球上。而當你談論在月球上建立礦山時,難度更大,尤其是因為我們對那里的資源了解較少,而且我們在那種環境下進行采礦操作的經驗幾乎為零。”

懸而未決的問題

還有許多其他問題需要解決。首先,專家們不知道人類是否能夠在月球的低重力環境中生存和保持健康。我們的骨骼和肌肉已經習慣了地球的重力,但這些組織在月球上的退化速度可能會更快,因為月球的重力只有地球的六分之一。運動可以緩解這種情況,但研究人員最終不知道這是否足夠,或者需要什么樣的新設備支持。

還有就是人們需要考慮的最基本的舒適感。發射期間的照明和椅子角度等設計可能會影響人們的感受和行為。馬斯克曾說過要把100人送上星際飛船,每個人都有大約10立方米的生活空間。他稱:“尤其是在零重力的情況下,這實際上是相當大的空間。”

但從總體上看,這可能還不夠,長時間的太空旅行會對人們的精神狀態產生負面影響。多諾威爾說:“行為方面是個主要問題,你不能總是預測人們在遠離地球而沒有直接交流的情況下會有什么反應。”

這些問題也只是冰山一角。僅僅為了建立一個月球基地,就需要解決更多的問題,更不用說無限期地把人送上火星了。最終,一旦星際飛船開發完成,SpaceX可以選擇解決這些問題,但當人們真正飛向月球或在星際飛船上時,這將會持續很長時間。多諾威爾稱:“我們試圖讓商業航天公司開發讓人類在太空旅行時感覺更舒適的技術,但他們還沒有做到,他們仍在努力解決如何把他們帶到太空目的地的大問題。”

馬斯克說,目前只有5%的SpaceX資源被用于開發星際飛船,這也許可以解釋為何運載火箭是唯一焦點的原因。不過,在某種程度上,人類面臨的生存和保持健康問題將需要得到盡快解決。

來源:騰訊科技

原標題:硬件準備就緒 馬斯克星際飛船升級重點轉向提高人類生存能力

最新更新時間:10/06 13:24
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