如何将人类征服火星或更远

How humans will conquer Mars and beyond

 

技术Guardian.co.uk这篇文章题为 “如何将人类征服火星或更远” 写由凯文·芳, 上周日12月13日观察员 2015 08.30 世界标准时间

今年 皇家学会的演讲圣诞节 看它采取投掷人类进入最后的前沿勘探的航程人类太空飞行和什么样的挑战.

作为一名医生,我花了十多年来回奔波英国和美国航天局之间的 约翰逊航天中心 在休斯顿, 作为客座研究员工作的项目,从研究空间环境的影响,对老化的生理人工重力系统. 与此同时,我完成了麻醉和重症监护我初中的医疗培训. 很奇怪尝试这两个生活在一起拼接. 重症监护室的通宵工作, 前往机场在移位的端部, 抓住一些睡在飞机上, 然后到达的第二天,在休斯敦会议室, 人们围坐在谈论如何安全地派人到火星.

但是,连接的两个东西是在极端的生活挑战. 在医院里我一直在寻找生命的极端时疾病和伤害的挑战. 在美国宇航局我一直在寻找的危胁人类生理的物理世界和宇宙的极端.

当我们谈论极端环境下,我们可以通过判断其紧缩的一个粗略的想法,他们将支持多久人类生活未受保护的和不支持. 通过这一措施的空间是最终极: 独特的敌视人体生理学, 它提供了任何人的生命不支持. 未受保护的空间的旅客在该环境中存活仅仅几秒钟.

你可以想象,会有很多的医生做 - 当它涉及到人类的太空探索, 谁了解并能操纵人类生理的人会在这一努力的最前沿. 但医生发挥欠佳屈居是什么压倒性工程的文化 - 并有很好的理由.

太空飞行是物理原理简单消除戒心. 所以其实简单,牛顿才开始明白,几乎支持它的动态 400 几年前. 离开地球,并围绕它进入轨道, 首先需要扔在全球范围内的对象这么难,其轨迹超出了地球的视野 - 这么辛苦,它可以制成以这样的方式下跌,它永远不会再发现地面.

等把对象插入围绕地球的轨道上必须向它提供能量的大量的. 从广义上讲,你越快进入轨道的广泛半径你实现; 获得的车辆以实现轨道足够宽以得到它错过两个地球和大气的上层, 放置你在同一高度的 国际空间站 一些 250 上面我们英里, 你需要在大约17500英里每小时出行.

这需要通过发动机和油箱的小核武器的爆炸能力驱动的两轮车辆. 这个旅程, 从地球表面进入低地球轨道 - 乘坐联盟号飞船 - 需要多一点的8分钟. 这样一来,原因是美国宇航局文化, 在世界各地和空间机构, 如此牢牢扎根于工程的需求,而不是那些人类生物学是因为在那短暂而剧烈的时期,几乎没有什么现代医学可以在保护的方式提供. 发射时, 无论是工程和每个人都生活, 或者不和大家亡.

整个发射人类生命的保护与否不取决于医疗程序,但人工保护的同心层,工程师设计和建造和襁褓宇航员在船员.

火箭发动机必须完全开火, 在恰当的时间提供恰到好处的推力, 执导恰恰是正确的方式. 该推进系统的巨大力量决不允许动摇车辆, 其系统或者乘客的易碎的货物分开. 这是工程队的工作,以确保发射器和车辆都设计在部队的脸正试图摧毁他们执行.

和栖息煤油和氧的塔顶是一个微小胶囊, 用电话亭屈指可数的音量, 和一对夫妇用品吨,三名乘客的其中在挤. 这胶囊是生命支持微小气泡, 从地球夹断和人为保持. 内, 还是更多的机器提供了足够的压力和温暖支持生命的空间虚空透气气氛. 如果你生存的推出, 你的问题确实才刚刚开始.

在国际空间站上克里斯·哈德菲尔德
高台: 克里斯·哈德菲尔德吃在零重力登上国际空间站. 照片: 上

国际空间站

人们很容易联想到国际空间站作为一个高科技 大哥 屋, 高飘在地球上空. 在某种意义上这是真的: 生活条件是由任何正常标准的苛刻. 很少有物质享受和珍贵的一点隐私. 这是一个活生生的安排与巨大的社会冲突的可能性竖着. 但明显是在很大程度上避免和 15 多年的经营中没有出现过驱逐.

但ISS不仅仅是一个住宿块多. 当机组人员去住那里,他们正在一台机器里面居住在其自己的生命取决于每一天的第二. 他们electrolyse水中产生氧气, 采用分子筛擦洗废气出来的空气,他们的呼吸, 从广袤的太阳能电池阵列运行加热系统,可泵出80kW的功率. ,太阳能也推动四个巨大的陀螺仪, 其中稳定并引导站, 防止它翻滚失控.

国际空间站仍然很不安宁: 它嗡嗡声和永远哼唧; 风扇运行的所有时间. 如果没有重力热空气不上升,冷空气不下沉. 有, 作为结果, 没有对流,没有,它是很难得到的空气移动或混合. 这反过来又导致问题, 离开宇航员容易出现头痛在通风不良的区域, 其中,呼出的二氧化碳可以建立. 因此马达搅动空气的恒定鼓. 在国际空间站上的草稿, 像几乎所有其他的船员依靠健康生活, 是人为. 所有这一切的努力只是为了维持生命支持,泡沫的前哨刚 250 我们头顶英里. 所涉及的挑战是多方面的,我们甚至还没有开始谈论离开近地轨道尚未.

重返月球

还有未竟的事业在月球上. 这是近一半,因为阿波罗计划登陆其表面上的十几个人一个世纪. 虽然它代表了科学发现的宝库, 没有人没有回去过. 低地球轨道是 250 英里之遥,可在几分钟内到达. 月亮是关于 250,000 几英里以外, 需要数天才能到和, 除了隔离和所需的火箭科学的增加的复杂性, 叶船员非常容易受到辐射. 在地球上,我们正在通过大气层的上方厚厚免受某些类型的辐射, 吸收伽马射线, X射线和否则是有害的紫外线辐射. 但还有另一层保护,也让我们安全: 地球的磁场.

磁层滤除辐射的特别有害物种, 该进来的收费形式, 高能粒子 - 原子核中星吐出来作为热核反应的副产物,包括我们自己. 这种类型的辐射是特别有害的,并且, 期间太阳耀斑, 通过数千次在强度增加. 目前我们已经在从辐射的有效保护自带的最差太阳耀斑的方式小.

火星或更远

近年来以人为机组人员比月球或火星等一些表面上的想法已经找到了进入国际空间机构的战略文件. 这个任务是比你想象的科幻少. 欧洲航天Agenecy的Rosetta使命, 哪那么壮观登陆 菲莱登陆舱 彗星去年表面上, 向我们展示了,我们可以发现并截获一个小目标在空间上千亿英里外飞驰. 这给了机构的信心,他们在小行星上着陆人类船员的想法可能会实现的.

但现在它是火星这个处于可能性的边缘, 而幸存的那个旅程呈现在不同规模的挑战. 随着火星, 问题是距离和时间. 要进入这个红色星球,你必须穿越亿万星际英里; 更多 1,000 倍的距离阿波罗人员前往月亮. 与现有技术将采取六个月到九个月之间,从地球再次前往火星和相同的次回合.

这是一个很大的时间没有任何重力负载花在你身上. 失重可能看起来好像很有趣, 但像其他一切, 太多它可以是一件坏事. 当生理学家首先考虑什么样的影响空间环境可能对人体, 之前有人甚至被送入太空, 他们料定肌肉和骨骼会浪费. 这些系统通过重力和任何人谁以往任何时候都这么多,因为看了一个健身房已经知道雕刻, 如果你不使用它,你失去它. 因为这个, 船员登上国际空间站必须接受抗阻力运动的日播节目,试图阻止一些骨骼和肌肉损失.

火星的表面
是火星上有生命? 地球表面上的黑色条纹,这似乎表明流动的水的存在. 照片: 美国航空航天局/路透

失重肆虐与其他系统. 它扰乱你的平衡和协调的感觉, 使其更难以船员追踪移动目标, 运动的创建幻觉和, 对于飞行的最初几天, 一般让他们觉得很反胃. 随着恶心的例外, 所有这些问题往往会变得更糟你花失重的时间越长.

最近, 新的 - 可能更令人担忧的 - 问题随之而来. 其原因尚未完全清楚在一些宇航员的大脑压力出现上升的空间飞行的后果, 这已被链接到他们的视力改变他们返回地球后,有时持续多年. 这种现象只被长时间的使命后,发现, 其中突出的消息: spending a lot of time in space isn’t great for your health.

But time also creates problems for life support systems. If you imagine the amount of food, 水, oxygen and power a single person might consume in a mission set to last up to three years (if you include the surface stay), that demands quite a sizable larder. Now multiply that by a crew of four or six and it looks like you need an impossibly huge spacecraft just to keep you fed and watered.

And that does become impossible unless you are able to recycle and reuse everything you can. Already aboard the space station astronauts recycle most of their waste water, including their urine. They scrub carbon dioxide out of their exhaled air and rebreathe the remaining oxygen. You might be able to go further still, by growing crops hydroponically, as a source of food and a mechanism of removing carbon dioxide and renewing the oxygen supply. If you choose the right plants you might even recycle the nitrogen in human solid waste. Which of course is a scientific way of saying that maybe you could use your own poo to fertilise your life-supporting crops.

A system as sophisticated as that is extremely difficult to assemble, manage and maintain, and it’s likely to be a while before we see greenhouses flying through deep space. For now life support engineers will content themselves with finding ways to recycle more and more of the resources they can, and in so doing reducing the amount of payload that crews have to set aside for the things that keep them alive.

There is a simple lesson from all of this: space is hard. All frontier endeavours are. But there is plenty to celebrate here. Since the start of the 21st century there has been a permanent human presence in space. What started as a surrogate battlefield for nuclear war has become a multinational programme of science, exploration and collaboration. This is not the place to get into a discussion of why we should explore space at all. There are many benefits that derive from human space exploration but one is more important than all the rest. Human space exploration inspires children to study and pursue careers in science, technology and engineering. It does so by showing them that within the limits of human imagination anything might be possible. I know this because it inspired me and throughout the whole of my life has continued to hold my fascination.

It is an enormous honour to give the Royal Institution’s Christmas Lectures. And yes, the take-home message is that space is hard. But the real lesson for this year’s audience is that this has been my adventure and it can be yours too.

How to Survive in Space will be shown on BBC4 in three parts on 28, 29 和 30 December at 8pm. Find out more on the Royal Institution’s website and join the conversation on Twitter and Instagram by following @ri_science or searching for #xmaslectures

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