美國《連線》雜志網(wǎng)站在日前報(bào)道中，為我們梳理了太空探索面臨的十大挑戰(zhàn)以及解決辦法，包括火箭重復(fù)回收降低成本、研制新型推進(jìn)設(shè)備、培育太空蔬菜、用好機(jī)器人伙伴等等?！哆B線》指出，正如人類祖先在走遍非洲大陸后，毅然決然地前往未知的他鄉(xiāng)，最終塑造了我們現(xiàn)在這個(gè)精彩紛呈的地球一樣，前往太空的初衷也是為了增加人類對自身的了解并使生活變得更美好。

　　人類起源于非洲，但為什么我們沒有留在非洲呢？至少并非所有人。在數(shù)千年的歷史進(jìn)程中，我們的祖先走遍了整個(gè)非洲大陸，接著跨越大海，前往未知的他鄉(xiāng)，為什么？這或許與我們探索月球和其他恒星是一個(gè)道理，在研究這些星體時(shí)，我們也會捫心自問：“那里發(fā)生了什么事情？我們能去那兒嗎？或許我們可以到達(dá)那里吧？”

　　當(dāng)然，對人類來說，與大海相比，太空無疑更不友好：單單是逃離地球的引力就需要大量的研究工作，而且成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于跋山涉水。為什么人類仍要探索太空呢？

　　首先，探索太空衍生出來的副產(chǎn)品包羅萬象——從小小的為他人提供便利的產(chǎn)品到有望喂飽數(shù)百萬人的發(fā)現(xiàn)，再到有可能阻止致命事故或挽救病患和傷者性命的重大科技進(jìn)展，不一而足。

　　其次，正如不能將所有雞蛋裝在一個(gè)籃子里一樣，人類也不能將所有希望放在地球上。一次流星撞擊都有可能讓我們重蹈恐龍的命運(yùn)，而且，看看月亮的臉，天氣是如此反復(fù)無常。

　　第三，人類攜手進(jìn)行太空探索，有助我們更好地了解自己的家園、自己的生活方式以及繼續(xù)存在下去的關(guān)鍵?；蛟S，在此過程中，我們會找到方法離開地球，在月球建立基地、在火星創(chuàng)建城市、在木星建造居住地等等。

　　重復(fù)利用火箭并降低成本

　　逃離地球有點(diǎn)像鬧離婚：你想快刀斬亂麻，速戰(zhàn)速決，包袱盡量少，但總有一股強(qiáng)大的力量在背后搞陰謀詭計(jì)，尤其是重力。如果某個(gè)物體想要脫離地球表面自由翱翔，它的速度必須要達(dá)到2.5萬英里（約40234公里）/小時(shí)。

　　這意味著要想離開地球需要耗費(fèi)巨額資金，例如，發(fā)射“好奇”號火星車就耗資2億美元，而這只占整個(gè)任務(wù)預(yù)算的十分之一而已。另一方面，完成發(fā)射任務(wù)需要盡量減輕重量，但載人任務(wù)往往還要攜帶維持宇航員生命所需的供給，無疑又會加重負(fù)擔(dān)。因此，只能通過采用奇異的合金金屬和碳纖維素等復(fù)合材料來減輕重量，同時(shí)采用更高效、功能更強(qiáng)大的混合燃料為助推器提供巨大的升空推進(jìn)力，才有可能很好地完成飛行任務(wù)。

　　但終極省錢大法或許是設(shè)備的重復(fù)使用。美國國家航空航天局（NASA）先進(jìn)概念辦公室技術(shù)助理萊斯·約翰遜說：“隨著發(fā)射數(shù)量不斷增加，經(jīng)濟(jì)規(guī)模開始生效，成本也將越來越低，這是讓成本大幅降低的關(guān)鍵?！卑?馬斯克（Alon Musk）旗下美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）和貝索斯旗下的太空發(fā)射公司藍(lán)色起源（Blue Origin）都在大力研制火箭回收技術(shù)并取得了巨大成功。

　　今年1月22日，藍(lán)色起源公司在美國德克薩斯州發(fā)射基地發(fā)射了一只火箭，火箭在進(jìn)入太空后又重新回到地球并著陸，這是藍(lán)色起源用回收的火箭重新發(fā)射升空并回收，對一家商業(yè)公司來說創(chuàng)造了歷史和世界第一。藍(lán)色起源稱，“重復(fù)使用允許我們一次又一次地飛行，每次飛行都能提高太空探索和研究的經(jīng)濟(jì)可行性，為所有人開啟太空之旅?！?/p>

　　另外，SpaceX也成功發(fā)射了搭載電信公司Orbcomm 11顆通訊衛(wèi)星的“獵鷹9”號（Falcon9）運(yùn)載火箭，同時(shí)還歷史性地成功回收了“獵鷹9”號的一級驅(qū)動火箭。事實(shí)上，SpaceX多年來一直試圖能夠在發(fā)射后回收“獵鷹9”號的部分組件，并希望通過這一方式大幅降低太空任務(wù)成本。外界分析認(rèn)為，SpaceX的此次成功具備里程碑式的意義，甚至有可能為第二次太空時(shí)代的到來而鋪平道路。伊隆·馬斯克表示：“如果能像飛機(jī)一樣使用火箭，進(jìn)入太空旅游的費(fèi)用可能只要幾百美元。”

　　用新型推進(jìn)器讓飛船前行

　　在太空中飛馳其實(shí)很容易，畢竟真空沒什么阻力，因此，如何啟動就成為頭等大難題。物體的質(zhì)量越大，所需的推進(jìn)力也越大，火箭就是此類巨型物體?；瘜W(xué)推進(jìn)劑能提供初始的推進(jìn)力，但寶貴的燃料幾分鐘后就燃燒殆盡，而之后到達(dá)月球或者木星還需要5到7年時(shí)間，因此，需要更有創(chuàng)新性的推進(jìn)方法?？茖W(xué)家們已有的、現(xiàn)正研發(fā)的或希望以后能擁有的技術(shù)包括核動力推進(jìn)器、離子推進(jìn)器以及化學(xué)推進(jìn)器等。

　　與核動力推進(jìn)器有關(guān)的計(jì)劃包括“代達(dá)羅斯”計(jì)劃（Project Daedalus），它是英國星際學(xué)會（BIS）在1973至1978年之間倡導(dǎo)的研究計(jì)劃，使用核聚變提供動力的無人太空船對另一個(gè)恒星系統(tǒng)進(jìn)行快速的探測，實(shí)現(xiàn)星際旅行。

　　另一個(gè)與核動力有關(guān)的計(jì)劃是火箭飛行器用核引擎（NERVA），它是美國原子能委員會（AEC）和NASA旗下的項(xiàng)目，由航天核推進(jìn)局SNPO領(lǐng)導(dǎo)。NERVA計(jì)劃論證了核熱力火箭可以成為太空探索的一項(xiàng)現(xiàn)實(shí)可靠的工具，可以用于載人火星任務(wù)。盡管NERVA引擎在測試后已經(jīng)被認(rèn)可能勝任飛行任務(wù)，而且引擎也正準(zhǔn)備整合入宇航器中，但在最終飛往火星的夢想實(shí)現(xiàn)前，NERVA隨同其他耗資巨大的太空任務(wù)被尼克松政府取消。整個(gè)項(xiàng)目于1972年終止，SNPO也于同年解散。

　　未來最有希望成為更遠(yuǎn)外太空旅行飛船推進(jìn)器的等離子體推進(jìn)器，可能就是可變比沖離子推進(jìn)器（VASIMR），它是核動力推進(jìn)的一種替代方法，發(fā)動機(jī)將使用無線電波將氬或氙氣變成等離子體，磁場接著將等離子體推出作為推動力。科學(xué)家們將使用這種推進(jìn)器探索木星的衛(wèi)星。

　　而下一代化學(xué)火箭將很有可能依靠甲烷作為燃料，將我們帶到火星。此類火箭的代表包括NASA的RS-25以及SpaceX正在研制的“猛禽（Raptor）”。據(jù)悉，2015年5月，NASA測試了RS-25液體火箭發(fā)動機(jī)，在此之前，它被用作太空梭固體助推器，而目前準(zhǔn)備用于太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）。

　　另據(jù)英國《每日郵報(bào)》去年10月中旬報(bào)道，SpaceX公司除了正在優(yōu)化可以重復(fù)利用的“獵鷹9”號火箭外，還在研發(fā)一款名為“猛禽”的超重型火箭，并在去年進(jìn)行了首次測試。這兩款火箭主要用于執(zhí)行火星探測任務(wù)。

　　此外，還包括聲名鵲起的“太陽帆推進(jìn)技術(shù)”，與傳統(tǒng)利用風(fēng)力的帆船相比，太陽帆是從太陽光線中吸取能量。這是一項(xiàng)不需要攜帶足夠燃料的技術(shù)，因而理論上講也可達(dá)到極高的速度，不過它往往需要一段時(shí)間才可完成這一目標(biāo)。目前，此項(xiàng)技術(shù)已在地球的真空室內(nèi)取得試驗(yàn)成功，但在太空軌道上實(shí)施相關(guān)試驗(yàn)則是失敗的。

　　群策群力清除太空垃圾

　　現(xiàn)在，人類發(fā)射火箭進(jìn)入外太空前，還會面臨太空碎片的威脅。這是非常真實(shí)的事。比如2009年美國的銥星33號衛(wèi)星與俄羅斯的軍用衛(wèi)星發(fā)生了碰撞，這是人類航天史上首次軌道衛(wèi)星重大碰撞事故，該事件就產(chǎn)生了大量的空間碎片。

　　在最近50年的太空探索活動中，火箭、衛(wèi)星和導(dǎo)彈殘骸以及各種高科技產(chǎn)品碎片已經(jīng)將近地空間變成了一個(gè)垃圾場。據(jù)西班牙《阿貝賽報(bào)》網(wǎng)站2015年11月21日報(bào)道稱，美國太空碎片監(jiān)測站網(wǎng)絡(luò)迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了1.7萬個(gè)目標(biāo)（每個(gè)至少有一個(gè)壘球那么大），以1.75萬英里/小時(shí)的速度呼嘯穿越地球。如果再算上直徑不到10厘米的碎片，那么，有接近50萬個(gè)太空碎片。這些適配器、透鏡蓋甚至一小片油漆大小的物體，都能在關(guān)鍵系統(tǒng)上砸出一個(gè)大坑，即使是一顆微不足道的小螺絲也有可能變成能將飛船變成一堆廢鐵的導(dǎo)彈。

　　由金屬和凱夫拉爾材料構(gòu)成的多層材料惠普爾盾牌能起到保護(hù)作用，阻擋這些小碎片的襲擊，但如果是一整顆衛(wèi)星來襲，那就無力回天了。目前，大約有4000顆人造衛(wèi)星圍繞地球旋轉(zhuǎn)。我們能夠通過追蹤和計(jì)算控制避免危險(xiǎn)的路徑，但目前的追蹤技術(shù)還不完善，總有漏網(wǎng)之魚。

　　太空碎片之多越來越威脅到日漸緊缺的軌道資源，將導(dǎo)致大量相撞事件，使太空成為非常危險(xiǎn)的區(qū)域，現(xiàn)在迫切需要把多余的物體撤出太空。對此，科學(xué)家提出了多種清理空間垃圾的措施，并打造龐大的陸基雷達(dá)來監(jiān)視地球軌道碎片?？臻g專家提出可打造“太空拖網(wǎng)”，將軌道上的碎片像“漁網(wǎng)”那樣全部“捕撈”，但依靠外力將衛(wèi)星拉出軌道非常困難。

　　據(jù)披露，日本計(jì)劃在2019年前后建立日本自衛(wèi)隊(duì)首個(gè)太空監(jiān)測部隊(duì)，這一部隊(duì)起初將主要負(fù)責(zé)監(jiān)控漂浮在地球軌道上的危險(xiǎn)碎片，防止其與人造衛(wèi)星相撞。

　　而歐洲航天局（ESA）太空碎片辦公室主任霍格爾·克瑞格則認(rèn)為，如果有人開始清除敵方的衛(wèi)星，這將會是一個(gè)災(zāi)難。也許一個(gè)世紀(jì)或者更快，太空戰(zhàn)爭就會爆發(fā)。

　　深空定位系統(tǒng)為航天器導(dǎo)航

　　分布于美國加州、澳大利亞和西班牙的天線陣列——深空網(wǎng)（DSN）通訊體系是為跟蹤、測量和控制深空中月球探測器、行星和行星際探測器而建立的地面系統(tǒng)，是目前唯一的太空導(dǎo)航工具，其跟蹤距離可達(dá)90多億公里。從學(xué)生項(xiàng)目的人造衛(wèi)星到在柯伊伯帶（太陽系在海王星軌道、距離太陽約30天文單位外黃道面附近、天體密集的中空圓盤狀區(qū)域）逡巡的“新地平線”號探測器，都依靠它來保持正確的方向。位于地球上的一個(gè)超精密原子時(shí)鐘會測量信號從深空網(wǎng)到航天器的往返時(shí)間，導(dǎo)航儀再借用這一時(shí)間來確定航天器的具體位置。

　　但是，隨著航空航天任務(wù)越來越多，深空網(wǎng)也日益變得擁擠堵塞，接線總機(jī)運(yùn)行非常忙碌。因此在近期，NASA正在致力于給這一系統(tǒng)“減負(fù)”。航天器上自帶的原子時(shí)鐘，可以完成單線距離計(jì)算，從而將傳輸時(shí)間減半。而且，更高帶寬的激光器也能處理更大的數(shù)據(jù)包，如圖像和影像信息等。然而，火箭距離地球越遠(yuǎn)，這個(gè)方法的可靠性就越低。雖然無線電波以光速傳播，但傳送到太空深處仍需要數(shù)個(gè)小時(shí)。

　　星星能夠告訴我們往哪兒走，但在太空中我們無法通過遙遠(yuǎn)的星星來確定自己的位置。對于未來的探索任務(wù)，深空導(dǎo)航專家約瑟夫·吉恩想要設(shè)計(jì)一款航天器自主導(dǎo)航系統(tǒng)，能收集目標(biāo)和附近物體的圖像，然后通過他們的相對位置建立一個(gè)太空飛船的三維坐標(biāo)系，這樣就不再需要地面控制。吉恩說：“它就像地球上的GPS，就像你在自己的汽車上安裝一個(gè)GPS那樣?！奔鲗⑵浞Q為深空定位系統(tǒng)(DPS)。

　　雙管齊下抵擋太空輻射

　　在地球大氣和磁場的安全保護(hù)殼之外，亞原子粒子以接近光速的速度快速移動，這是太空輻射，而且，它是致命的。NASA稍早公布，太空中的輻射過高，可能會影響人類健康，包括在外層空間從事任務(wù)的航天員，都有可能因?yàn)楸┞对谶^多的輻射中，導(dǎo)致白內(nèi)障、阿爾茨海默癥等疾病甚至癌癥。

　　NASA曾利用在火星執(zhí)行任務(wù)的“好奇”號火星車取得的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，前往火星途中的輻射比待在地球高出數(shù)百倍之多。根據(jù)NASA最新公布資料，人類只要過度暴露在1西弗輻射，罹患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)會提高5%，地球每年來自外層空間的輻射約10毫西弗，國際太空站的航天員6個(gè)月內(nèi)就會暴露在100毫西弗下，至于從火星“好奇”號上的儀器測得的輻射值，已經(jīng)高達(dá)330毫西弗。

　　一直以來，鋁都是制造太空運(yùn)載工具的主要原料，但鋁對于防止宇宙射線的效果并不好，而且重量較重，不符合因大量使用所造成的燃料成本；當(dāng)太空中的高能粒子與組成宇宙飛船外殼的鋁的原子相遇時(shí)，它們的原子核會爆炸，釋放出更多運(yùn)行速度超快的粒子，這就是所謂的二次輻射。NASA馬歇爾太空飛行中心的物理學(xué)家納塞爾·巴格豪蒂說:“這無疑是雪上加霜?！?/p>

　　那么，更好的解決辦法是什么呢？就一個(gè)詞：塑料。它們不僅更輕更堅(jiān)固，而且它們由氫原子組成，其小小的原子核不會產(chǎn)生二次輻射。美國西南研究院與新罕布什爾大學(xué)科學(xué)家從“月球軌道飛行器”（LRO）實(shí)驗(yàn)取得資料指出，塑料可降低人類暴露在外層空間的宇宙射線的輻射量，效果遠(yuǎn)比金屬鋁還要好，目前，NASA正在測試能減少宇宙飛船內(nèi)或太空服輻射的塑料。NASA的科學(xué)家表示，若將塑料這種常見材料廣為運(yùn)用，將可降低航天員在外層空間出勤時(shí)的危險(xiǎn)，甚至可作為未來人類到太空時(shí)的保護(hù)措施之一。

　　或者磁鐵可作為另外選擇。據(jù)報(bào)道，2008年，英國盧瑟福阿普爾頓實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們開發(fā)了一種屏蔽太陽殺傷粒子的強(qiáng)力電磁場，這個(gè)“迷你磁場”能將來自太陽的大量有害輻射轉(zhuǎn)移開，保護(hù)宇航員免受輻射的傷害，降低其患癌癥的幾率。另外，它將取代傳統(tǒng)的防輻射裝置，減輕飛船負(fù)荷。它的升級版還能在太陽耀斑爆發(fā)之時(shí)救人性命，未來還有望用它改變激光方向。

　　另外，參與空間輻射超導(dǎo)屏蔽（SRSS）工程的科學(xué)家們正在研制二硼化鎂超導(dǎo)體，其會使帶電荷的粒子偏離宇宙飛船。它的工作溫度為263攝氏度，是常規(guī)超導(dǎo)體中臨界溫度最高的，它也具有較高的臨界電流密度。