出品：科普中國(guó)
制作：長(zhǎng)征⑨號(hào)
監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心
今年是2018年——距人類第一顆人造衛(wèi)星的發(fā)射，已經(jīng)過(guò)去了足足60多年。這60多年里，人類成功進(jìn)入太空，登陸月球，建立了大型空間站，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。
而細(xì)心的人們會(huì)發(fā)現(xiàn)，這些事情幾乎都發(fā)生在前1/5的時(shí)間中，在那十幾年里，人類的航天發(fā)展簡(jiǎn)直是'大躍進(jìn)'——第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射之后僅僅12年，人類就登上了月球。當(dāng)時(shí)的人們覺得，月球基地已經(jīng)是可以看得見的事情，登陸火星也是觸手可及的。
然而，自1971年底，'阿波羅17'號(hào)向月球揮手告別后，人類再也沒走出過(guò)近地軌道——這簡(jiǎn)直是給人們的航天熱情兜頭澆下一盆冷水——讓人覺得，隨后的幾十年，人類航天發(fā)展似乎就是停滯的。
'阿波羅17'號(hào)最后一次登陸月球（圖片來(lái)源：NASA）
但這真的是'停滯的半個(gè)世紀(jì)'嗎？
答案顯然是否定的，不僅如此，這一段時(shí)間以來(lái)，人類航天事業(yè)取得的進(jìn)展反而更加顯著了。
有些人認(rèn)為載人登月之后，全球航天預(yù)算的相對(duì)縮減是一種'倒退'，其實(shí)不然。雖然我們?cè)诩ち业母?jìng)賽中盡可以'大干快上'一番，但這終究是以其他方面預(yù)算的削減為代價(jià)的。從某種意義上來(lái)說(shuō)，這種'戰(zhàn)術(shù)上的勝利'可能會(huì)引發(fā)'戰(zhàn)略上的失利'，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這顯然是一種得不償失的行為。
狂熱終歸是暫時(shí)的，人類航天事業(yè)也終究要回歸到正常的發(fā)展規(guī)律上來(lái)。
而且就載人登月這一本身概念而言，它其實(shí)并沒有超過(guò)當(dāng)時(shí)的技術(shù)范疇——當(dāng)然利用系統(tǒng)工程，把這些技術(shù)整合起來(lái)也是一件非常厲害的事情。就像我們可以利用成千上萬(wàn)個(gè)電子管組合出一個(gè)運(yùn)算速度還過(guò)得去的計(jì)算機(jī)一樣，但一旦面對(duì)更高要求的運(yùn)算的時(shí)候，我們只能上晶體管了——實(shí)際上阿波羅飛船上的控制計(jì)算機(jī)，其運(yùn)算能力還不如今天的一個(gè)智能手機(jī)。
現(xiàn)代航天事業(yè)已經(jīng)隨著經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的發(fā)展，與之前大相徑庭，甚至可以說(shuō)是顛覆式的：人造衛(wèi)星已經(jīng)開始逐漸擺脫過(guò)去的'傻大黑粗'的樣子，微小衛(wèi)星的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模，而應(yīng)用于運(yùn)載火箭的一系列新技術(shù)，新思維，讓載荷的平均發(fā)射成本更是顯著降低；同樣，大型的人造衛(wèi)星在技術(shù)上也顯著提升——無(wú)論從功能還是使用壽命而言，都是不可同日而語(yǔ)的；特別是以GPS為代表的航天'軍轉(zhuǎn)民'技術(shù)，早已經(jīng)滲透進(jìn)人們生活的方方面面，極大提升了人們的生活水平——甚至連'六根清凈'的佛門，也對(duì)航天技術(shù)帶來(lái)的成果充滿期待（少林寺拜訪航天科技新聞）。因此，航天領(lǐng)域的發(fā)展委實(shí)是非常巨大的。
GPS技術(shù)發(fā)展提高人們的生活水平（圖片來(lái)源：Unsplash）
有人會(huì)問(wèn)，既然技術(shù)是成熟的，那我們?cè)趺催€是在近地軌道，再也登不上月球了呢？
實(shí)際上不是'登不上'，而是'沒必要'。
道理是很簡(jiǎn)單的：因?yàn)槿藗円呀?jīng)不再滿足于僅僅挖石頭，插個(gè)旗了——更何況，這種簡(jiǎn)單的操作，機(jī)器人不僅更適合，價(jià)錢還更便宜——拋棄了復(fù)雜的'人'這一因素，發(fā)射噸位可以大大降低，自然成本也大大降低了。
同樣去月球巡視，挖石頭，載人登月需要起飛質(zhì)量約3000噸，箭體直徑10米的超重型火箭，而派駐機(jī)器人上去（嫦娥三號(hào)、嫦娥四號(hào)），只需要起飛質(zhì)量450噸，箭體直徑3.35米的中型火箭；就算是采樣返回（嫦娥五號(hào)），火箭的起飛質(zhì)量也不會(huì)超過(guò)一千噸，所使用的火箭，其芯級(jí)直徑也不會(huì)超過(guò)5米。
但這也并不意味著人類不會(huì)再上月球了。
在人類成功登月之后，幾乎所有人都以登陸火星為下一個(gè)目標(biāo)——雖然金星更近，但是金星表面極度惡劣的環(huán)境實(shí)在不適合作為下一個(gè)登陸的目標(biāo)。而登陸火星的難度顯然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)登月的難度的——至少不能用載人登月類比。
地球與火星之間的距離實(shí)際上大到可怕。有一個(gè)網(wǎng)站很生動(dòng)地體現(xiàn)了這一點(diǎn)（http://joshworth.com/dev/pixelspace/pixelspace_solarsystem.html）。月球到地球之間的距離很近，因此去月球大概需要3-5天，往返最多不超過(guò)兩周；而去火星需要250天左右（最終取決于出發(fā)的時(shí)候，地火之間的距離，快的200天結(jié)束，慢的要300天），那么往返至少需要600天（因?yàn)檫€需要在火星上等返回地球的時(shí)間窗口）。由于任務(wù)時(shí)間的迅速延長(zhǎng)，因此在登月時(shí)無(wú)需解決的問(wèn)題將暴露出來(lái)，使得整個(gè)計(jì)劃變得十分復(fù)雜。
圖片來(lái)源：Elon Musk instagram
其中，最顯著的問(wèn)題就是，長(zhǎng)時(shí)間暴露在微重力環(huán)境下對(duì)于宇航員的生理影響。
看過(guò)航天員執(zhí)行完任務(wù)，返回地球出艙的樣子就知道，他們都是被人抬出來(lái)的——長(zhǎng)期暴露在失重環(huán)境下會(huì)導(dǎo)致航天員的身體出現(xiàn)一系列變化，使之難以適應(yīng)地球的重力環(huán)境。雖然火星表面的重力加速度只有2/5g，但到地球上還是大了不少。因此宇航員如何在兩百多天的飛行中，讓身體機(jī)能下降得不是很厲害，就是一個(gè)很值得研究的問(wèn)題。
同樣重要的就是心理作用。太空惡劣的環(huán)境使得航天員只能在密閉艙段中生活，而全任務(wù)周期將長(zhǎng)達(dá)一年半，漫長(zhǎng)的任務(wù)時(shí)長(zhǎng)，逼仄狹隘的空間，極易引發(fā)各種心理問(wèn)題——而這種問(wèn)題往往還會(huì)與生理因素協(xié)同作用，使得問(wèn)題進(jìn)一步復(fù)雜化。
還有一點(diǎn)就是輻射問(wèn)題。位于低地球軌道的空間站，其軌道高度不超過(guò)450km，這是因?yàn)榉?艾倫輻射帶的客觀存在所決定的（其下界約500km）。地球磁場(chǎng)同樣也屏蔽了大量的宇宙射線（包括銀河射線以及太陽(yáng)射線），而在載人深空探測(cè)的過(guò)程中，航天器將會(huì)直接暴露于這些較為高能的射線之中。同時(shí)由于其任務(wù)時(shí)間長(zhǎng)，因此其劑量將會(huì)超過(guò)近地空間站航天員所接受的輻照。
不僅如此，長(zhǎng)時(shí)間的任務(wù)對(duì)于航天器的可靠性要求變得更加苛刻，同時(shí)過(guò)于遙遠(yuǎn)的距離使得補(bǔ)給、測(cè)控、通訊等方面的難度變得更加大，需要投入更多的資源去解決。
而針對(duì)小概率故障的應(yīng)急機(jī)制也需要建立——這一點(diǎn)已經(jīng)在'阿波羅13'號(hào)得到了充分的體現(xiàn)，雖然最后奇跡般地把所有航天員都撈了回來(lái)，但暴露出的問(wèn)題依舊是需要警醒的。
基于以上方面的原因，空間站的建設(shè)就是十分顯然的事情。宇航員進(jìn)行長(zhǎng)期在軌駐留，除了要進(jìn)行空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)之外，本身也是實(shí)驗(yàn)對(duì)象。這對(duì)于航天醫(yī)學(xué)、航天心理學(xué)等前沿學(xué)科的發(fā)展，無(wú)疑也是極大的增益。
雖然空間站離地面比較近，但是它的復(fù)雜程度也是數(shù)一數(shù)二的。例如：阿波羅飛船最多就是三個(gè)艙段，而空間站是十幾個(gè)艙段協(xié)同作用的龐然大物，其中蘊(yùn)含的技術(shù)背景也是過(guò)去的航天事業(yè)所無(wú)法企及的。
更重要的是，空間站計(jì)劃作為一項(xiàng)長(zhǎng)期工程，對(duì)于運(yùn)營(yíng)的要求也相當(dāng)高——還包括了各國(guó)的通力合作，這是過(guò)去無(wú)法想象的。
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