時間：2019-07-18 11:29:01來源：中國科普博覽
出品：科普中國
制作：長征⑨號
監(jiān)制：中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心
原標(biāo)題：如果登月不是一場騙局，為什么50年來沒人再登月？
今年是人類登月50周年。從第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射到人類登上月球，只花了12年?？芍^航天發(fā)展史上的“大躍進(jìn)”。
然而，自1971年底，“阿波羅17”號向月球揮手告別后，人類再也沒走出過近地軌道——這簡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。
“停滯的半個世紀(jì)”？
但這真的是“停滯的半個世紀(jì)”嗎？
答案顯然是否定的，不僅如此，這一段時間以來，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)算的相對縮減是一種“倒退”，其實(shí)不然。雖然我們在激烈的競賽中盡可以“大干快上”一番，但這終究是以其他方面預(yù)算的削減為代價的。從某種意義上來說，這種“戰(zhàn)術(shù)上的勝利”可能會引發(fā)“戰(zhàn)略上的失利”，從長遠(yuǎn)來看，這顯然是一種得不償失的行為。
狂熱終歸是暫時的，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。
而且就載人登月這一本身概念而言，它其實(shí)并沒有超過當(dāng)時的技術(shù)范疇——當(dāng)然利用系統(tǒng)工程，把這些技術(shù)整合起來也是一件非常厲害的事情。就像我們可以利用成千上萬個電子管組合出一個運(yùn)算速度還過得去的計算機(jī)一樣，但一旦面對更高要求的運(yùn)算的時候，我們只能上晶體管了——實(shí)際上阿波羅飛船上的控制計算機(jī)，其運(yùn)算能力還不如今天的一個智能手機(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，甚至可以說是顛覆式的：人造衛(wèi)星已經(jīng)開始逐漸擺脫過去的“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——無論從功能還是使用壽命而言，都是不可同日而語的；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，也對航天技術(shù)帶來的成果充滿期待（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。
再次登陸月球：沒必要！登陸火星：暴露了這些困難與問題
有人會問，既然技術(shù)是成熟的，那我們怎么還是在近地軌道，再也登不上月球了呢？
實(shí)際上不是“登不上”，而是“沒必要”。
道理是很簡單的：因?yàn)槿藗円呀?jīng)不再滿足于僅僅挖石頭，插個旗了——更何況，這種簡單的操作，機(jī)器人不僅更適合，價錢還更便宜——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、嫦娥四號），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），火箭的起飛質(zhì)量也不會超過一千噸，所使用的火箭，其芯級直徑也不會超過5米。
但這也并不意味著人類不會再上月球了。
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登陸的目標(biāo)。而登陸火星的難度顯然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過登月的難度的——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。月球到地球之間的距離很近，因此去月球大概需要3-5天，往返最多不超過兩周；而去火星需要250天左右（最終取決于出發(fā)的時候，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間窗口）。由于任務(wù)時間的迅速延長，因此在登月時無需解決的問題將暴露出來，使得整個計劃變得十分復(fù)雜。
其中，最顯著的問題就是，長時間暴露在微重力環(huán)境下對于宇航員的生理影響。
看過航天員執(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的——長期暴露在失重環(huán)境下會導(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，就是一個很值得研究的問題。
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)周期將長達(dá)一年半，漫長的任務(wù)時長，逼仄狹隘的空間，極易引發(fā)各種心理問題——而這種問題往往還會與生理因素協(xié)同作用，使得問題進(jìn)一步復(fù)雜化。
還有一點(diǎn)就是輻射問題。位于低地球軌道的空間站，其軌道高度不超過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）。地球磁場同樣也屏蔽了大量的宇宙射線（包括銀河射線以及太陽射線），而在載人深空探測的過程中，航天器將會直接暴露于這些較為高能的射線之中。同時由于其任務(wù)時間長，因此其劑量將會超過近地空間站航天員所接受的輻照。
不僅如此，長時間的任務(wù)對于航天器的可靠性要求變得更加苛刻，同時過于遙遠(yuǎn)的距離使得補(bǔ)給、測控、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，但暴露出的問題依舊是需要警醒的。
空間站&異星基地
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)對象。這對于航天醫(yī)學(xué)、航天心理學(xué)等前沿學(xué)科的發(fā)展，無疑也是極大的增益。
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艙段，而空間站是十幾個艙段協(xié)同作用的龐然大物，其中蘊(yùn)含的技術(shù)背景也是過去的航天事業(yè)所無法企及的。
更重要的是，空間站計劃作為一項(xiàng)長期工程，對于運(yùn)營的要求也相當(dāng)高——還包括了各國的通力合作，這是過去無法想象的。
前面我們提到，載人登火除了需要長時間的飛行以外，也需要經(jīng)過漫長的等待才能等到窗口期。因此在火星上建立一個基地算是一個附加的任務(wù)——相對于建設(shè)了幾十年的空間站而言，異星基地簡直就是一張白紙。
異星基地的建設(shè)與空間站大同小異，本質(zhì)上依舊是人類在太空生存的一個庇護(hù)所——但由于星球重力場以及星球間距離的客觀存在，其建設(shè)難度要大于空間站，運(yùn)營難度也要大于空間站。
以宇航員就醫(yī)為例，空間站的宇航員在突發(fā)身體疾病之后可以通過地球進(jìn)行實(shí)時現(xiàn)場診斷，最不濟(jì)也可以直接返回地球；而一旦在火星上遭遇了這種事情，十幾分鐘的通訊延遲也足夠讓看病這一問題變得麻煩，更不用說返回地球了。
幸好地球有月球這么顆衛(wèi)星，還可以在上面建立基地，碰到問題還可以跑回來，算是有充分的演習(xí)空間，如果跟金星一樣沒有衛(wèi)星的話，那就很麻煩了——這意味著我們需要冒很大的風(fēng)險。同時，由于月球基地是一項(xiàng)聲勢浩大的工程，因此相應(yīng)的研究也需要進(jìn)行大量的投入。
所以我們可以看到，NASA在載人登陸火星的初期報告中，包括了大型空間站與月球基地，雖然中間夾雜著不少“私貨”，但是從技術(shù)路徑上來看，卻是十分必要的存在。誠然隨著科技的發(fā)展，很多內(nèi)容可以簡化，但依舊是十分復(fù)雜的。中國的航天戰(zhàn)略也大致包括了這些內(nèi)容，也是頗有異曲同工之妙。
從這種意義上說，我們也能解釋為什么登月之后，人類航天事業(yè)處于“停滯狀態(tài)”了——下一個目標(biāo)實(shí)質(zhì)上已經(jīng)是一個“質(zhì)變”的情形，但沒有足夠的“量變”，是不可能實(shí)現(xiàn)的。而一旦質(zhì)變發(fā)生，那又是一個讓世界為之驚嘆的人類的杰作——月球基地，登陸火星將是這個階段的目標(biāo)，但我們需要時間。
當(dāng)然最重要的依舊是，合作。
