如何將人類征服火星或更遠

How humans will conquer Mars and beyond

 

技術Guardian.co.uk這篇文章題為 “如何將人類征服火星或更遠” 寫由凱文·芳, 星期天12月13日觀察員 2015 08.30 世界標準時間

今年 皇家學會的聖誕講座 看看它需要投人到最後的前沿勘探的航程人類太空飛行和什麼樣的挑戰.

作為一名醫生,我花了超過十年來回行駛在英國和美國航天局之間的 約翰遜航天中心 在休斯頓, 作為訪問學者工作的項目從研究空間環境的影響,對老化的生理人工重力系統. 與此同時,我完成了麻醉和重症監護我初中的醫療培訓. 很奇怪嘗試這兩個生活在一起的拼接. 重症監護病房值夜班, 前往機場的班次結束, 抓住一些睡在飛機上, 然後到達的第二天,在休斯敦會議室, 人們圍坐在談論如何安全地派人到火星.

但是,連接的兩個東西是在極端生命的挑戰. 在醫院裡我一直在尋找生命的極限時,通過疾病和傷害的挑戰. 在美國宇航局我一直在尋找的危脅人類生理的物理世界和宇宙的極限.

當我們談論極端環境中,我們可以得到通過判斷其緊縮的一個粗略的想法,他們會支持多久人類生活未受保護的和不支持. 通過這一措施的空間是最終極: 獨特的敵視人類生理學, 它提供了任何人的生命不支持. 未受保護的太空旅行者將在這種環境中生存下來僅僅幾秒鐘.

你可以想像,會有很多的醫生做 - 當它涉及到人類太空探索, 誰了解並能操縱人體生理的人會在那個努力的最前沿. 但醫生發揮欠佳第二小提琴是什麼壓倒性的工程文化 - 並有很好的理由.

太空飛行是物理原理簡單消除戒心. 所以其實簡單,牛頓才開始明白,幾乎支持它的動力 400 幾年前. 離開地球,並圍繞它進入軌道, 首先需要扔在全球範圍內的對象這麼難,其軌跡超出了地球的視野 - 這麼辛苦,它可以製成以這樣的方式下跌,它永遠不會再次發現地面.

因此我想將物體放入環繞地球的軌道,你必須為它提供能量的大量. 從廣義上講,你越快進入軌道的廣泛半徑你實現; 讓車輛實現軌道寬度足以讓它錯過兩個地球和大氣層的上層, 放置你在同一高度的 國際空間站 一些 250 上面我們英里, 你需要在大約17500英里每小時旅遊.

這需要通過發動機和燃料箱用小核武器的爆炸能力驅動的兩輪車輛. 這個旅程, 從地球表面進入低地球軌道 - 乘坐聯盟號飛船 - 需要多一點的8分鐘. 這樣一來,原因是美國宇航局的文化, 在世界各地和空間機構, 如此牢牢紮根於工程的需求,而不是那些人類生物學是因為在那短暫而猛烈的時期,幾乎沒有什麼現代醫學可以在保護的方式提供. 在推出, 無論是工程和每個人都生活, 或者它沒有和大家亡.

整個發射人類生命的保護與否不取決於醫療程序,但人工保護同心層,工程師設計和建造和襁褓宇航員在船員.

火箭發動機必須完全開火, 在恰當的時間提供恰到好處的推力, 針對在精確的正確方法. 該推進的巨大力量決不允許動搖車輛, 它的系統或者乘客其易碎的貨物分開. 這是工程隊的工作,以確保發射器和車輛都設計在力量面前是試圖摧毀他們執行.

和棲息煤油和氧的塔頂是一個微小的膠囊, 用的電話亭屈指可數的音量, 和夫妻用品噸和3名乘客的其中在擠. 這膠囊的生命支持微小氣泡, 從地球夾斷和人工維持. 內, 更機提供了足夠的壓力和溫暖,支持在生活空間的空隙透氣氣氛. 如果你生存的推出, 你的問題確實才剛剛開始.

在國際空間站上克里斯·哈德菲爾德
高台: 克里斯·哈德菲爾德吃在零重力登上國際空間站. 照片: 上

國際空間站

人們很容易聯想到國際空間站作為一個高科技 大哥 屋, 浮動高地球上空. 在某種意義上這是真的: 生活條件的任何正常標準苛刻. 很少有物質享受和珍貴的一點隱私. 它是一種居住方式與巨大的社會衝突的可能性豎著. 但明顯是在很大程度上避免和 15 多年的經營中沒有出現過驅逐.

但ISS是不是一個住宿區更. 當船員去住那裡,他們正在一台機器裡面居住在其自己的生命取決於每一天的第二. 他們electrolyse水,產生氧氣, 採用分子篩擦洗廢氣的空氣的,它們呼吸, 從廣闊的太陽能電池陣列運行加熱系統能夠泵出80kW的功率的. ,太陽能也驅動四個巨大的陀螺儀, 其穩定和操縱站, 防止其翻滾失控.

國際空間站仍然很不安寧: 它嗡嗡聲和永遠哼唧; 球迷正在運行的所有時間. 如果沒有重力熱空氣不上升,冷空氣不下沉. 有, 作為結果, 沒有對流,沒有它很難得到空氣移動或混合. 這反過來會導致問題, 讓宇航員容易出現頭痛在通風不良的區域, 其中呼出的二氧化碳可以建立. 因此電機攪動空氣的恆定鼓. 在國際空間站上的草稿, 像幾乎所有其他的船員取決於對健康生活, 是人為. 所有這一切的努力只是為了維持生命支持,泡沫的前哨剛剛 250 我們頭頂英里. 所涉及的挑戰是多方面的,我們甚至還沒有開始談論離開近地軌道尚未.

重返月球

還有未竟的事業在月球上. 這是近半個世紀以來,阿波羅計劃登陸其表面上的十幾個人一世紀. 雖然它代表了科學發現的寶庫, 沒有人沒有回去過. 低地球軌道是 250 英里之遙,可在幾分鐘內到達. 月亮是關於 250,000 幾英里以外, 需要數天才能到和, 除了隔離和所需的火箭科學的增加的複雜性, 葉船員非常容易受到輻射. 在地球上,我們正​​在通過大氣層的上方厚厚免受某些類型的輻射, 吸收伽馬射線, X射線和否則是有害的紫外線輻射. 但還有另一層保護,也讓我們安全: 地球的磁場.

磁層濾除輻射的特別有害物種, 該進來的收費形式, 高能粒子 - 原子核中星吐出來作為熱核反應的副產物,包括我們自己. 這種類型的輻射是特別有害的,並且, 期間太陽耀斑, 通過數千次在強度增加. 目前我們已經在從輻射的有效保護自帶的最差太陽耀斑的方式小.

火星或更遠

近年來以人為機組人員比月球或火星等一些表面上的想法已經找到了進入國際空間機構的戰略文件. 這個任務是比你想像的科幻少. 歐洲航天Agenecy的Rosetta使命, 哪那麼壯觀登陸 菲萊登陸艙 彗星去年表面上, 向我們展示了,我們可以發現並截獲一個小目標在空間上千億英里外飛馳. 這給了機構的信心,他們在小行星上著陸人類船員的想法可能會實現的.

但現在它是火星這個處於可能性的邊緣, 而倖存的那個旅程呈現在不同規模的挑戰. 隨著火星, 問題是距離和時間. 要進入這個紅色星球,你必須穿越億萬星際英里; 多於 1,000 倍的距離阿波羅人員前往月亮. 與現有技術將採取六個月到九個月之間,從地球再次前往火星和相同的次回合.

這是一個很大的時間沒有任何重力負載花在你身上. 失重可能看起來好像很有趣, 但像其他一切, 太多它可以是一件壞事. 當生理學家首先考慮什麼樣的影響空間環境可能對人體, 之前有人甚至被送入太空, 他們料定肌肉和骨骼會浪費. 這些系統通過重力和任何人誰以往任何時候都這麼多,因為看了一個健身房已經知道雕刻, 如果你不使用它,你失去它. 因為這個, 船員登上國際空間站必須接受抗阻力運動的日播節目,試圖阻止一些骨骼和肌肉損失.

火星的表面
是火星上有生命? 地球表面上的黑色條紋,這似乎表明流動的水的存在. 照片: 在/路透

失重肆虐與其他系統. 它擾亂你的平衡和協調的感覺, 使其更難以船員追踪移動目標, 運動的創建幻覺和, 對於飛行的最初幾天, 一般讓他們覺得很反胃. 隨著噁心的例外, 所有這些問題往往會變得更糟你花失重的時間越長.

最近, 新的 - 可能更令人擔憂的 - 問題隨之而來. 其原因尚未完全清楚在一些宇航員的大腦壓力出現上升的空間飛行的後果, 這已被鏈接到他們的視力改變他們返回地球後,有時持續多年. 這種現象只被長時間的使命後,發現, 其中突出的消息: 花費了大量的在時間空間都不是很大對你的健康.

但時間也創造了生命支持系統中的問題. 如果你想像的食物量, 水, 氧氣和功耗的單人可能會在任務設定消費持續長達三年 (如果包括表面住宿), 這需要相當可觀的儲藏室. 現在乘上的四個或六個船員,它看起來像你需要一個無比巨大的航天器只是為了讓你吃飽喝足.

除非你能回收和再利用一切可以,它變得不可能. 已經登上空間站宇航員回收大部分廢水, 包括他們的尿液. 他們擦洗二氧化碳出他們呼出的空氣和rebreathe剩餘氧氣. 你也許能夠進一步還是去, 通過種植作物水培, 作為食物源和除去二氧化碳的機構和更新氧氣供給. 如果您選擇合適的植物,你甚至可以回收在人類固體廢物中的氮. 這當然是說,也許你可以使用自己的便便施肥您的生活配套作物的科學方法.

作為複雜的一個系統是非常困難的組裝, 管理和維護, 它很可能是一段時間之前,我們看到 大棚通過深空飛行. 現在生命支持工程師將內容與自己設法回收他們能資源的越來越多, 並在這樣做減少了人員必須預留,讓他們活著的東西有效載荷量.

有一個從所有的這一個簡單的教訓: 空間是很難. 所有前沿的努力是. 但是,有很多在這裡慶祝. 自21世紀開始出現了在太空中永久存在人. 什麼開始為核戰爭的替代戰場已經成為科學的跨國公司計劃, 探索和協作. 這並不是進入的,為什麼我們要探索的空間在所有討論的地方. 有跡象表明,從人類太空探索中獲得但一個是比所有其他更重要的諸多好處. 人類太空探索激發孩子們學習和從事科學事業, 技術與工程. 它通過向他們表明人類想像力的東西範圍內也許可以這樣做. 我知道這是因為它激發了我和在整個我的生活繼續持有我著迷.

這是一個巨大的榮譽給英國皇家學會的聖誕講座. 是的, 拿回家的消息是,空間硬. 但對於今年的觀眾真正的教訓是,這一直是我的冒險,它可以是你的太.

如何在生存空間 將被顯示在BBC4在三個部分上 28, 29 和 30 12月在晚上8點. 了解更多關於 英國皇家學會的網站 並加入Twitter和談話 Instagram 依照指示 @ri_science 或搜索 #xmaslectures

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