太空移民

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艺术家笔下的月球殖民概念

太空殖民(又称地外殖民太空移民太空定居)是指在地球以外建立永久的人类居住地,以及对太空中的资源取得控制权。人类天生是具有开拓探索精神的,太空殖民一直是人类的梦想。写于1904年,笔名荒江钓叟的《月球殖民地小说》,是近代中国第一部科幻小说。写道:“...中国虽大,已非容身之地。中、日有志探险之士,都打算乘气球奔赴月球。”,是中国最早有关太空殖民的描述。[1]

太空殖民是富有争议性的,支持对太空进行殖民的,有两个最常见的论点,其一是为了确保文明能够在行星级自然灾害核战争中存活下来,以及获取太空中的庞大资源。非实用主义的观点认为,文明是美丽的,应在整个宇宙中传播开去。而最常见的反对论点包括:太空的商品化令敌人更强大,这里包括了主要的经济和军事机构的利益,以及加剧预先存在的威构,例如战争,恐怖活动向太空蔓延等等。[2][3]

到目前为止,还没有任何一个太空殖民地被建立起来。况且建立太空殖民要面对一系列巨大的技术和经济挑战。太空定居点必须能够在,对人类生活非常不利的环境中,提供几百或几千人的物质需要。涉及一些从未曾被开发的技术领域,例如受控的生态生命支持系统。他们还必须处理关于如何使人类在这些地方永久生存和社会繁荣等领域的未知问题。以目前地球的太空物流成本(每千克二千五百美元,未来可望会变得廉价)[4]推测,太空殖民地会是一个非常昂贵的项目。目前还没有任何计划,或任何大型组织(无论是政府还是私人)要组织太空殖民地。然而,多年以来,人们已经提出了许多关于太空定居点的建议,猜测和设计,有相当多的太空殖民倡导者和团体积极参与。其中有几个著名的科学家,如美籍英裔数学物理学家弗里曼·戴森,已经出来支持太空定居。目前持续的技​​术创新,包括获得廉价的太空物流系统(可重复使用的发射系统可以达到每轨道十美元)[5],以及在自动化制造和施工技术等方面技​​术进展,令太空殖民在不远的将来变得可能。

太空殖民的各种理由

确保文明的安全

要求对太空进行殖民的主要论点,是为了确保文明的安全。通过在地球以外,开发居住地及迁移地球上的物种,包括人类,可以在确保文明在行星级的自然灾害或人为灾害的情况下存活。

英国理论物理学家和宇宙学家斯蒂芬·霍金曾两次表示,太空殖民是拯救文明的唯一方法。在2001年,霍金预测,人类将在未来一千年内灭绝,除非在太空建立殖民地;2006年,他说,人类面临两个选择:要不我们在未来两百年内殖民太空,在其他行星上建造定居点,或者面临灭绝。

英国物理学家保罗·戴维斯也支持这样的观点,如果一个星球灾难灭绝地球上的人类文明,一个自给自足的地外殖民地可以对地球重新殖民,恢复人类文明。美国作家威廉·B·布罗斯和美国生物化学家罗伯特·夏皮罗提出了一个私人项目――拯救文明联盟,目的是建立文明的地外“备份”。[6]

控制太空资源

太空中的资源,包括材料和能源,都是巨大的。根据不同的估计,单单是太阳系中的物质和能量,就足以支持当前地球人口的数千至十亿倍。在太阳系外,在可观测的宇宙中有数千亿颗其他恒星,提供了庞大的殖民化和资源采集的机会,尽管在不使用世代飞船或其他革命性的恒星际旅行方法,例如超光速引擎,的情况下,是不可能旅行到任何一个恒星系。

所有这些行星和其他物体提供几乎无限的资源供应,伴随着无限的增长潜力。如果能够有效利用这些资源,将带来极大的经济发展。

新科学、技术的持续进步

与太空相关的技术,已经从多方面改善了人类的生活,这里包括了通信卫星的使用、地球观测卫星在气象学的应用、全球定位系统,和其他许多被用于工业和商业部门的技术,如航空、可再生能源、塑料、陶瓷等。太空殖民化将对经济、技术,以至整个社会,有更大的正面影响。[7] · [8] · [9]

从月球发射的物质的重量比地球小六倍,殖民太空将允许建造和发射更大的太空栖息地。研究表明,在月球上组装宇宙观测望远镜,会有比地球上的太空望远镜更好的观测条件。[10] · [11].

较少负面影响的扩张主义

人类的扩张和技术进步通常导致某种形式的环境、生态系统的破坏,及其伴随的野生动物的减绝。过往西班牙、葡萄牙等殖民帝国的扩张,往往是要牺牲许多土著为代价的,无论是最初的入侵战争,到后来的种族灭绝,都会带来极坏的恶名。因为太空中没有已知的生命,太空殖民没有这种负面影响。

缓解人口过多和资源需求问题

支持太空殖民的另一个论点,是减轻人口过剩的负面影响。如果控制了太空资源,建立地外生物栖息地,地球将不再有增长的限制。虽然地球的许多资源是不可再生的,但是地外殖民地可以满足地球上大部分的资源需求。随着对太空资源的取用,对地球资源的需求将下降。

其他论点

  • 在整个宇宙中传播生命和美丽
  • 保障文明的持续进步和繁荣
  • 在太空商业化中创造财富
  • 通过将工业活动转移到太空,保护地球的生态环境

各种目标

由于进入太空的高成本,对太空殖民地和任何其他永久性太空基础设施,将有高昂的初始投资成本。然而,支持者认为,发展太空基础设施带来的长远利益,将远远超过初始的启动成本。由于目前的发射成本如此之高(每公斤4000美元至40000美元),任何太空殖民计划必须包括发展低成本的太空物流,然后发展原位资源利用。因此,必须在开发低成本太空开发方面,进行初始投资,然后拥有这些必需品的基本技术能力:材料,能源,推进剂,通信,生命支持,辐射防护,自我复制和人口。

上述基础设施要求的一些资源,已经可以轻易地在地球上生产,因此这些资源(氧气,水,贱金属矿石,硅酸盐等)作为贸易物品而言,并不是非常有价值的。然而有些更高质量的资源,只能或更容易在太空中生产,是极具价值的。这长远而言,会对太空基础设施的初始投资提供非常高的回报。[12]

其中一些高价值的贸易产品包括贵金属、[13][14]宝石、[15]能量、[16]太阳能电池[17] 滚珠轴承半导体,及药品。

... 最小的越地小行星 3554 Amun 是一块两公里宽的,含有铁、镍、钴、铂和其他金属的金属块;它含有的金属是人类历史上挖掘的金属的三十倍,虽然它只是仅有的几十个已知的金属小行星中最小的,但如果把它开采起来,以满足二零零一年金属市场,它的价值会高达二十万亿美元。[13]

太空殖民是一些国家的太空方案的长期目标。自二十一世纪商业化太空出现以来,美国国家航空航天局和私营部门之间的合作越来越多,一些私营公司已经宣布了火星殖民化的计划。在领导太空殖民化的企业家中,有美国富商伊隆·马斯克丹尼斯·蒂托和荷兰富商巴斯·兰斯多普英语Bas Lansdorp

太空殖民地的潜在地点,包括月球、火星、小行星和一些在太空自由浮动的栖息地。所有必要的材料,如太阳能和水,可以从月球、火星、近地小行星或其他行星体获得充足的数量。这些资源的商业开发的障碍,主要是初期投资的成本非常高,这些投资的预期回报需要很长时间(爱神项目计划五十年的发展),由于是高风险的投资,该计划一直未进行。主要政府和资金充足的公司,开始了其他新的太空活动,例如:太空旅游和酒店、太空太阳能生产卫星的原型、重型起重机和小行星采矿英语Asteroid mining行星资源公司),为人类奔赴太空创造需求和能力。

各类型的太空殖民地

有两种主要类型的太空殖民地:

  • 位于行星、卫星等星体的表层
  • 太空栖息地 - 自由浮动的太空站,它将处于围绕行星、月球或太阳的轨道上,一般所说的太空殖民地便是专指这类。

太空定居倡导者,对于哪种类型的太空殖民地是更好选择,存在相当大的争论。

各种太空栖息地

太空中的这些地点将建立一个太空栖息地,也称为太空殖民地、轨道殖民地,或者一个太空站,将作为一个永久定居点,而不是一个简单的分流站或其他专门设施。他们将是太空中的“城市”,人们将在那里生活和工作,并抚养家庭。科幻作家和科学家都提出了许多不同程度的现实主义的设计。太空栖息地可以先与人类的其他地方隔离,只能在紧急情况下,取得地球的援助。这可以在成千上万的人完全脱离地球前,测试他们可否自给自足。

需要的资源和技术

各种材料

月球、火星或小行星上的殖民地可以提取当地的材料。月球的挥发成分,如,以及结合了的化合物,是不足的。 美国国家航空航天局的月球坑观测和传感卫星曾对月球上的卡比厄斯环形山进行实验性的撞擎(卡比厄斯环形山被认为具有高浓度的水分)。撞擎后喷出的材料中,检测到一些水分。任务首席科学家卡拉普瑞特(Anthony Colaprete)估计,卡比厄斯环形山含有一个百份比的水分或更多。月球背面极点附近的坑应该还存在着水分结成的冰。虽然月球表面上只存在低浓度的,因为它已被太阳风沉积到地壳中,然而地壳中的氦估计有百万吨。月球上还存在其他具有工业价值的材料:和金属,例如

从地球发射材料是昂贵的,因此殖民地的散装材料可能要取自月球、近地天体火卫一火卫二。使用这些地方的材料的好处包括:其较低的重力、货船不用应付大气阻力、并且对生态不会造成损坏。许多近地天体含有大量的金属。在一些近地天体干燥的外壳(非常类似于油页岩)下,包含了数十亿吨的冰和油母质碳氢化合物,以及一些化合物。更远的木星的特洛伊小行星群英语Trojan asteroid被认为是含有大量的冰和其他挥发物。

回收一些原料几乎肯定是必要的。

能源

太阳能可能作为主要能源,在太空中没有夜晚,日照充分。

健康风险和限制

在太空失重条件下生活

  • 肌肉萎缩症:在无重状态下,人体失去重量,支持人体的肌肉处于松弛状态,于是渐渐萎缩,尤其是背部的抗重肌肉。
  • 航天运动症:在失重的最初几天,会出现头晕,恶心,呕吐,食欲下降和嗜睡。通常数天后会恢复正常。

可能的位置

接近地球的太空

就目前来说,太阳系内的移民计划聚焦于地球附近的区域。一方面距离近风险小、费用低;另一方面,日照条件相似,能源等人工设备需求大大减少。

太空站月球基地火星基地是3个优先的方案。金星条件太恶劣,不在考虑范围内。

地球化后的月球

内行星

地球化后的火星(2009年概念图)
  • 火星殖民:火星环境和地球相似,即使是最恶劣的环境,也只不过是类似于地球上的沙漠环境。火星殖民主要是把地球的开拓历史重演,但首先要把火星地球化
地球化后的金星(概念图)

小行星带

外行星的卫星

主小行星带外侧的区域有较大的固态星球。这里较大的固态星球包括十五个大中型卫星和一些矮行星,可以作为登陆建设的目的地。另外,这一范围的微型天体数量巨大,可以为太空站的工业活动提供原材料来源。

古柏带奥尔特云的想像图

其他系内地点

在一些不像太空恶劣到没有空气和重力,但又比现实中地球最困难的定居地差的场合,例如:

  • 在没有陆地的行星上,建立人工岛和海底城市。
  • 在气压过高的行星上,建立空架的云中城市。
  • 在空气性质和气压可以接受,气温不适合人的环境,仿效现代极地的基地,建立空气可以交流的但不露天的居住区。

太阳系外的移民

与太阳最近的恒星比邻星,距离地球远达四光年。假设太阳系只有硬币大小,那么比邻星的位置就是在这个硬币一百米半径以外。

正是因为系外星体距离如此远,现时我们基本上是没有能力抵达任何一颗系外星体:我们最快的飞行器不仅要依靠火箭引擎,还要加上星体重力助推,才能达到上百马赫。而火箭助推加太阳系内星体重力助推的极限应该在一千马赫以内(一千马赫的速度可以花两分钟绕地球半径一圈,或五个月出行星圈)。按这个极限速度走一光年的距离要八百八十一年。以目前飞行最远的人造物体——旅行者1号的速度,将要花上七万三千六百年的时间到达比邻星。

其他恒星际旅行方法,有“反物质引擎”,和其他想像性的方法∶“时空传递”、“超光速飞行”、“虫洞”、“反物质引擎”、“曲速引擎”,“三维复制”等。(某些方案存在着理论性的缺陷)

如果采用承受远距离漫长飞行的方案,如:

  • 冬眠飞船:将人体冷冻起来暂停生命,到达目的地后解冻。由几个亚当夏娃式的人物创建殖民地,也可以采用冷冻细胞或胚胎到目的地克隆人的方法。但后续步骤极端复杂,仍有极大风险。首先,和登陆新大陆不同,地球任何地点可以提供的氧气和食物在地球外都必须自己携带或生产,温度和气压也需要坚固保温且高度密封的建筑和自带的设备维持,这就意味着必须是高科技拓荒,而独立的可持续的高科技拓荒就需要全套工业生产装备。
  • 地球Ⅱ号:这是相对可行的一个方案,建立一个巨大而自给自足的太空站,太空站拥有自己的政府、医院、工农业等等。该太空站拥有数万人;利用核能获得太空站的一切能源(包括农业能源);人们可以制造太空站的一切设备,因此太空站可自我修复、自我更新。因此,此太空站建成之后,可以离开太阳系,作为太阳系外移民的“种子”。

太空殖民地在地球的类似物

在试图建立一个模拟一个自给自足的殖民地中最有名的是生物圈二号,它试图复制地球生物圈。 另一个封闭生态系统BIOS-3是在西伯利亚克拉斯诺亚尔斯克,在1972年完成。

参考

  1. ^ 中国古代的月球殖民计划
  2. ^ (英文)Dickens, Peter; Ormrod, James. The Humanization of the Cosmos - to What End?. Monthly Review. Nov 2010. 
  3. ^ (英文)Dickens, Peter (Feb 2008). Who Really Won the Space Race?, Monthly Review
  4. ^ (英文)Andrew Chaikin. Is SpaceX Changing the Rocket Equation?. Air & Space Magazine. [4 June 2015]. 
  5. ^ (英文)Elon Musk on SpaceX's Reusable Rocket Plans
  6. ^ 科学家解密:灾难来临人类将如何殖民外太空. 2011-03-22. 
  7. ^ (英文) The Right Stuff for Super Spaceships 互联网档案馆存档,存档日期2010-03-27., Patrick L. Barry, [email protected], 2002
  8. ^ (英文) Les retombées de la conquête spatiale, Un investissement rentable (II) 页面存档备份,存于互联网档案馆, Thierry Lombry, Luxorion.
  9. ^ (英文) NASA spinoff page
  10. ^ (英文) NASA Scientists Pioneer Method for Making Giant Lunar Telescopes, Robert Naeye, Goddard Space Flight Center, 4 June 2008.
  11. ^ Richard Stenger. CNN, 编. Astronomers push for observatory on the moon. 9 January 2002 [26 Jan 2007] (英语). 
  12. ^ (英文)The Technical and Economic Feasibility of Mining the Near-Earth Asteroids Presented at 49th IAF Congress, Sept 28 - Oct 2, 1998, Melbourne, Australia by Mark J Sonter — Space Future
  13. ^ 13.0 13.1 (英文)Asteroid Mining - Sol Station
  14. ^ (英文)Whitehouse, David. Gold rush in space?. BBC. 22 July 1999 [2009-05-25]. 
  15. ^ (英文)Asteroid Mining for Profit. Don's Astronomy Pages. [7 August 2008]. (原始内容存档于6 July 2008). [自述来源]
  16. ^ (英文)Conceptual Study of A Solar Power Satellite, SPS 2000 By Makoto Nagatomo, Susumu Sasaki and Yoshihiro Naruo — Proceedings of the 19th International Symposium on Space Technology and Science, Yokohama, JAPAN, May 1994, pp. 469–476 Paper No. ISTS-94-e-04 - Space Future
  17. ^ (英文)Space Manufacturing - Jim Kingdon's space markets page.