大胆设想：捉一个小行星建家园

英国《每日邮报》网站2012年12月23日报道，美国航宇局（NASA）的科学家们设想捕捉一枚500吨重的小行星，通过调整它的位置，把它变成航天员前往火星途中的空间站。

百年星舰计划的流产

早在2004年1月14日，时任美国总统布什就曾提出最早于201 5年派人重返月球、2030年后派人登陆火星的计划。NASA随即开始了相关研究工作，并准备把未来的载人登月飞船猎户座加以改进，使其成为载人登陆火星的航天器，打算在2031年实现载人登陆火星。奥巴马上台后，经组织专家调研论证，于2010年2月1日修改了这一计划，放弃了派人重返月球的安排，改为直接派人先登陆小行星后登陆火星，而登陆火星的时间仍然定在本世纪30年代。

2010年10月28日媒体报道，NASA正在筹划百年星舰计划，准备用载人航天器将4名航天员送上火星度过余生。此举惊人之处就在于与此前计划不同，打算让登上火星的航天员有去无回，永久驻守在那儿。作为NASA主要太空研究机构的艾姆斯研究中心承担了这项计划的研发工作。该中心主任皮特沃登表示，目前NASA已提供了10万美元的经费，他们也筹集到了100万美元的资金。他说：“我们也希望吸引亿万富翁加入，成立一个百年星舰基金。”沃登曾与谷歌创建人之一的拉里’佩奇商讨此事，得到的回答是：“能否让费用降至10亿至20亿美元？”看来寻找富人赞助，不会一蹴而就。另外，沃登示意，百年星舰的首站目标应该是火星的卫星火卫一和火卫二。在那里，航天员可以使用机器人对火星进行大量的勘察工作，然后选择适当时机再登陆火星。其实，在本世纪初，NASA就曾提出过包括利用火星两个天然卫星做登陆火星中转站的多种可行性报告，百年星舰计划不过是沿用了这一研究成果。沃登希望2030年前后，人类能以100亿美元的代价，送首批航天员移民这两颗星球。显而易见，筹划中的百年星舰计划虽然未曾提到小行星，却以火星卫星作为登陆火星的中途站。

当时美国《宇宙学期刊》载文说，在目前的载人航天活动中，将航天员安全送回地球的费用占据了绝大部分资金，建造百年星舰不仅可以节省经费，而且将是人类迈出宇宙移民的第一步。美国科学家德克·舒尔策-马库奇和保罗·戴维斯发表文章认为，出于科学和政治上的考虑，人类都应该登陆火星。为了完成这项任务，不仅需要更加密切的国际合作，而且需要探索精神和冒险精神。他们强调说，单程登陆火星载人任务的第一步是在火星上建立一个人类能够长期居住的驻地。刚开始，会从地球陆续发送一些生活补给物资供生活在火星上的航天员使用，但是航天员最终将能够在火星上自给自足。有专家刊文称，人类移民其他星球后，应首先开展机器人探索，建立小型核反应堆并储备可供航天员使用两年的物资，同时还必须提供可开展农业耕作的必需物品。

沃登说：“人类太空计划现在已把定居其他星球作为了目标。”他还乐观地表示：“几年后我们就会看到第一艘能在星球之间往返的真正的星际飞船样品了。”他认为，宇宙移民旅途漫长，需要减轻飞船推进系统重量，新型推进系统中的一个方案是微波热推进系统，用激光发射器或微波发射器通过光波给推进器传输动力。

对立志献身并最终登陆火星的航天员来说，实现身负的目标将要度过非常艰苦的岁月。因为那里的生存条件极差，其中包括极寒的气温和稀薄的空气。有鉴于此，沃登建议，诸如合成和人类基因改造等新技术都应当在该项太空任务之前进行。理由是，让人类适应一个新的星球环境比改变该星球来适应人类要容易得多。合成生物学或许可以做到这一点。他说：“在另一个世界人类如何生存？我目前还没有一点主意。不过，将火星改造成另一个地球，倒不如改变人类生理结构以适应火星。”

向火星发射航天器可选用多种飞行路线。为了节省能量，通常采用外切于地球公转轨道、内切于火星公转轨道的霍曼轨道。航天器沿该轨道飞行所需速度最小，从地球奔驰到火星需用时259天。由于太阳、地球、火星处于同一条直线的间隔时间即会合周期为780天，故而每26个月才有一次沿霍曼轨道发射航天器的发射窗口。当然，向火星发射载人飞船或货运飞船并不是非要沿着霍曼轨道飞行，只要有足够的发射和推进动力，也可选择相对较短的路径前往，以便更快地到达目的地。为此，在改进现有的化学燃料火箭推进技术的同日寸，还需要发展其他类型的推进技术。美国退休航天员富兰克林·张·迪亚兹就正在研发等离子体火箭。根据他的设想，可利用核反应堆将氢变为200万摄氏度的等离子体，然后用磁场控制高温等离子体从火箭尾部喷出，从而产生反作用推力。他推算的结果是，装有等离子体火箭的飞船速度可达每秒55千米，从地球到火星只需要飞行39天。富兰克林于2005年创立的艾德阿斯特火箭公司目前正在加速研制这种全名为“可变比冲磁等离子体火箭”。一旦这种推进装置研制成功并被证明使用可靠，无疑对百年星舰计划的实现是一个巨大的推动。

2020年能亲吻小行星吗？

值得关注的是，近地小行星中有的轨道与地球轨道交叉，存在撞上地球的概率，有的轨道离地球轨道很近，也可能被地球引力捕获而招来麻烦。2010年7月29日，数名科学家指出，1999RQ36小行星最有可能于2182年9月24日撞击地球。这颗直径为560米的小行星撞击地球的概率尽管仅为1/1800，但已引起了科学家的关注。据美国科学家迈克尔-德拉克称：“1999RQ36小行星确是最容易登陆的目标，不过这同样意味着，它很容易撞上我们。”美国行星学家克拉克。查普曼说，这个尺寸意味着一旦它撞上地球，就相当于数百枚大核弹同时爆炸，即使不会毁灭地球所有文明，也将造成大规模的破坏及物种灭绝。NASA为此提出了应对计划OSI RlS-REx，将于2016年发射名为“奥西里斯-雷克斯”的机器人飞船，用3年左右的时间飞抵1999RQ36小行星，对其表面进行测绘，并登陆采集样本后返回地球，以深化人类对它的形状和组成的认识。有专家称，任何试图将1999RQ36小行星转向以拯救地球的措施，必须提早100年开始行动才有成功的机会。这也就是说，为迎战1999RQ36d、行星采取的系列举措最迟也得于2082年付诸实施。天文学家认为，对1999R Q36小行星运动轨迹施加影响的最佳时机是在2060年至2080年期间。据介绍，要想降低该天体与地球发生碰撞的几率，就必须使其偏离目前的运行轨道。计算显示，在2080年前进行干预，仅需使其轨道偏离1千米。而在此之后，则须使其轨道偏离数十千米才能达到相同的效果。

其实，让机器人飞船就近探测、登陆采样1999RQ36小行星，并最终返回地球，也是为美国实施派人先登陆小行星后登陆火星作准备的。

为了实现先载人登陆小行星后登陆火星的目标，NASA正在筹划2025年前发射猎户座飞船载人登陆小行星。飞船的制造商洛克希德-马丁公司已经拿出一项派遣两位航天员持续半年时间探索小行星的代号为“移民石”的计划。猎户座原本是为运送航天员重返月球而设计的，在美国搁置登月计划后，它被当作国际空间站的救生船继续研制，现已具备登陆小行星所需的绝大多数要求。派遣载人航天器造访小行星，将是美国登陆火星任务的一项宝贵技术测试及演习。航天员成功着陆小行星，可以直接了解其实际情况，帮助科学家们加深对该类天体的认识，并为登陆火星进行探路和储备技术。登陆小行星的成功经验，也是对登陆火星方案实施的可行性的有效验证。

根据美国总统奥巴马2010年宣布的要在2020年至2025年派遣航天员访问小行星的计划，为了避免携带太多的生活用品，载人飞船往返飞行时间不超过6个月，同时为了地面天文望远镜能够观看到小行星，星体直径不能小于50米。据此只有2009QS5、1999AQ10、2003SM84三颗小行星符合条件，但NASA目前还没有最终决定登陆哪颗小行星。这三颗小行星直径仅为50米～100米，几乎没有重力，且快速自转，还会产生离心力，给飞船登陆其表面和航天员出舱行走都造成很大困难。为了解决这些难题，NASA对猎户座飞船和航天员将采取一些特殊的措施。显而易见，让飞船载人登陆小行星要比登月艰难得多。将来航天员登陆小行星成功，在表明载人航天技术又迈上一个新台阶的同时，还为载人访问火星积累了经验。这也是美国政府决心暂时放弃载人重返月球计划的主要原因。也有消息说，NASA透露，地球周围已知小行星数目为7000个左右，但飞船能在2025年到达的小行星只有六个。NASA能够预计的最早抵达时间是2020年，目前确定的目标是长约60米的2009QS5小行星。

小行星空间站建造难点

拉格朗日点是圆型限制性三体问题中存在的五个秤动点的总称。它包括三个共线点和两个等边三角形顶点，被简称为L1、L2、L3、L4、L5点。在两大天体引力作用下，拉格朗日点是能使小物体稳定的点，小物体相对于两大天体基本保持静止。这是因为太空中两大天体在此处的引力相等，使小物体处于引力平衡状态；或者是太空中两大天体的引力的合拉力在此处与离心力平衡，故而航天器能在那里停泊，可与两大天体的相对位置保持不变。在航天界通常将拉格朗日点称为平动点。对地球和月球两个天体来说，L1点处在地一月连线上，位于它们之间；L2点也在地-月连线上，位于月球外侧；L3点亦在地-月连线上，位于地球的外侧；L4点在以地一月连线为底线的等边三角形的第三个顶点上，且在月球围绕地球运行轨道的前方；L5点也在以地一月连线为底线的等边三角形的第三个顶点上，但在月球围绕地球运行轨道的后方。对发射航天器进行空间探测来说，这些点的位置各有用处，尤以L1点和L2点更为显著。L1点和L2点分别位于月球的两旁，距离月球同为6.5万千米。由于月球距离地球的平均值为38.44万千米，故而向L1点发射航天器要比向月球发射航天器近16.9%的距离，向L2点发射航天器要比向月球发射航天器远16.9%的距离。

现在NASA提出的打算捕捉一枚500吨重的小行星将其变成航天员前往火星途中的空间站的设想，是利用近地小行星位置优势的一种新的考虑。

NASA和加州理工学院科学家撰写的可行性报告阐述了他们将如何捕捉小行星：在一枚老式“宇宙神V型”火箭上加装一个“小行星捕捉舱”，将小行星引向地球和月球之间。一旦靠近，这个小行星舱将释放出一个直径为50英尺（约15.24米）的袋子，利用束带包裹住这块旋转着的大石头。随后，用袋子携带的助推器产生的推力使其停止旋转，并设法把它拖运到地-月系统的L1点稳定下来，再将其建设成为可以住人的空间站。航天员将以这里为固定基地乘坐载人飞船前往火星、火星的卫星或其他小行星。

不言而喻，要将捕捉到的小行星建成空间站，犹如盖房子，它仅是一块地基，需要多次向它发射载人飞船和货运飞船，航天员必须多次进行太空行走与操作，充分利用它的体积和结构特征，安装和构建必不可少的居人和存货以及科学实验舱段，包括生命支持系统、必要的科学仪器、操作工具、通讯设备和姿态控制火箭等，还要装置航天器空间交会对接机构。在此过程中，仍需解决一些意想不到的技术难题。不难想象，载人到地一月系统的L1点开展航天活动要比到L2点相对容易些。

这项计划的可行性来源于三个重要动向：一是有能力发现数量充足且体积够小的近地小行星以供捕捉和重新定位并确定其特性。二是有能力提供功率够强的太阳能电力推进系统来运输被捕获的小行星。利用太阳能推进至少有三种方式：第一种是在被捕获的小行星上安装高效太阳能电池板阵列，不断地提供电力，能够启动电火箭连续工作，将其推移到地一月之间的L1点；第二种是在被捕获的小行星上安装携有抛物面反射镜聚焦的利用太阳能直接加热工作介质产生动力的太阳加热式火箭发动机，同样达到上述目的；第三种是在被捕获的小行星上安装太阳帆推进系统，用其产生的推力改变小行星运行轨道，并将它移动到L1点。其中对于第一种方式，NASA已有这方面的技术基础，并委托鲍尔航空航天技术公司等五家公司继续进行研发太阳能电力推进系统。三是人类按预定方案在21世纪20年代进驻月球与地球之间的太空，从而能够对重新定位的小行星进行探索与利用。

早在1992年和2002年分别在美国华盛顿和休斯敦召开的两次世界航天大会上，NASA的太空探险计划小组就提出了21世纪要在地一月球间的L1点建造新的人类居住地，作为飞向火星和其他太阳系目标的中间站的设想。2012年初，美国行星资源公司提议在10年内对近地小行星进行采矿。这个项目与OSIRlS—REx计划的想法比较接近。此外，多年来一些航天专家还提出了在地球静止轨道上建造太空天梯和太阳能发电站以及利用L1点位置优势开展航天活动等建议。利用小行星自然资源的想法可追溯到100年前，但直到现在才具备相关技术把这个想法逐步变成现实。

把捕捉到的小行星在L1点上建成空间站后，它不仅能以与月球同样的角速度围绕地球运行，而且距离地球的轨道高度基本上是不变的，保持其轨道高度和调整其运行姿态都比较容易实现，用较小的动力装置即可达到目的。航天员在站内的生活与活动环境更接近深空旅行的情况，有助于做好飞往其他天体的准备工作和提高适应能力。在它上面不仅能获得更多的地月环境数据资料，还能开展天文观测。更重要的是，此处的地球与月球引力相互平衡，小行星的重力接近于零，从空间站上发射飞往火星或其他小行星的载人飞船、货运飞船和探测器用不着大推力的巨型火箭，可以大大降低发射成本，具有良好的经济性。同时，位于美国加利福尼亚州的帕萨迪纳喷气推进实验室飞控中心可以通过测控网对该空间站及其发射的航天器进行测控，及时发送遥控指令，并接收其发回的信号。待它成功实施以后，一定会为人类未来运用航天技术登陆火星和其他小行星、更有效地利用太空资源乃至防止小天体对地球的袭击作出开创性的贡献。

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