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2010-01-22 23:02:09
在未来50年，人类在征服宇宙的道路上将取得多大成就？美国国家宇宙委员会（USNCC）对此进行了大胆而又科学的预测。最近，委员会向政府提交了一份题为《2010～2060年开拓宇宙新边疆》的报告，在这份200余页的书中，写下了人类未来50年开拓宇宙的宏伟理想。
2020年开通宇宙公路
专家在报告书中指出，宇宙公路是除了太空梯之外通往宇宙既安全又便宜的另一运输手段。什么是宇宙公路？即以地球为出发点，把公路延伸到太空。迄今为止，这些公路的出入口仅限于美国的卡纳维拉尔角和苏联的拜科努尔等几个地点，而且费用高得惊人。如果人类想要更好地控制太空，就必须开发更便宜的、从任何地方都能起飞的运输手段。
根据USNCC报告书预测，在2020年，Zeus航空航天飞机能从普通机场起飞，它可采用改变动作的方式飞行，即从起飞到速度达到4马赫这一阶段（注：1马赫=1倍声速，即340M／S），采用吸收外部气体并压缩之的滑轮喷气引擎；在高空速度从4马赫增加到12马赫期间，采用压缩外部气体速度能的超音速燃烧冲压喷气引擎；冲出大气层后采用火箭引擎。这样在不同的速度和高度，分别采用了最佳的动作方式，就能达到节省能源和费用的效果，这种Zeus航空航天飞机是未来专门运送旅客的，为了把货物运往太空，人类还要开发两级火箭式货物运输机。这种货物运输机采用无人驾驶的自动方式，其第二级轨道器还可以作为客机使用。火箭式客机在效果和费用方面都比不上航空航天飞机，但实现它的技术困难要少得多，因此，USNCC也把它作为一种方案提出来。目前，航天飞机的运输费用是每磅货物9000美元，但将来两级火箭式货物运输机的费用可以期待降到每磅货物1000美元以下。
2025年运行宇宙驿站
根据USNCC报告书的设定，在启用太空梯与宇宙公路之后，人们还会在通往宇宙的路途中建立一些中继点，即宇宙驿站。
第一个停车驿站是地球太空港，这是像太空站那样的建筑，人类可以乘Zeus航空航天飞机在这里降落，然后换乘宇宙联络船。太空港是联络船的停留地，也是推进剂的补给地。地球太空港真正开始活动恐怕要到2025年以后。
宇宙驿站一旦应用，那么太空港会向两个方向伸出长长的索道，出现一种非常有趣的现象：由于潮汐力的作用，在卫星轨道上运行的细长物体会产生向两端托的力，因此，从向下（即向着地球的方向）一端放出物体，就会落向地球；从向上一端放出物体，就会上升。如果从下索道发射航空航天飞机，从上索道发射联络船，那么两者不使用能量，也可以转移到人们期望的轨道上。这其实是以索道为媒介，交换双方的能量和运动量，完全符合物理学定律。
2030年在月球上建工厂
USNCC报告书的第二要点就是，在月球、火星、小行星乃至宇宙空间，建立人类的据点，开发它的资源。根据报告书的预测，为了在2025年重返月球，将在环绕月球的轨道上建立月球太空港，从地球太空港出发的联络船2～3天后即可到达月球太空港，人们在那里可以换乘月球登陆船。
联络船以液氢和液氧为推进剂，有客运和货运两种，基本设计相同，如果再装上脚，就可以成为登月船。为解决联络船从月球到地球的减速问题，可以利用空气制动的方法，即像在大气上层掠过那样飞行，利用空气阻力，不使用推进剂也能减速。因此，在联络船的底部可以装上陶瓷制的像大器皿那样的空气制动器。
过去的无人探测和阿波罗计划是以月球为主的科学研究。将来的探测计划则是从资源和居住的观点调查月球，由发射的环绕月球极地轨道的探测器进行月极地详细调查。
建设月面据点所需要的物资和人类生活所必须的氧气、水、食品等，可以逐渐利用从月面取得的资源。月面基地逐渐具备自给自足的条件后，人们可以在上面建设工厂，并将其发展为殖民区。预计月面实验工厂的建设将于2026～2027年开始，月面工厂的建设将于2030年开始。
根据USNCC报告书的设想，随着大规模月面工厂的建设，在地、月系统的太空开发中也要用到月球资源：把在月面制造的产品送往太空固然好，但把月岩原封不动地送到太空去制作产品，也许更有用。因为月岩主要由硅酸盐组成，处理月岩就可以取得人类呼吸和火箭推进剂必不可少的氧气。月岩也含有铁、镍、镁、钛等金属资源。
USNCC报告书认为，重返月球之后，作为资源的开采地，人类所选择的目标也许不是火星和金星，而是小行星。小行星大部分分布在火星和木星的轨道之间，但也有一些小行星越过火星的轨道，能运行到地球附近。在适当的时机，登上这样的小行星比登上月球更容易：在小行星上，也许含有在月岩里没有找到的水、氧气、碳、氮等有用物资。
在月球上建地下宾馆
USNCC报告书指出，如果月球太空港建成，不仅是宇航员，科学家与许多技能工人也将陆续登月。与此同时，建造月球宾馆、组团登月旅行的计划也在积极构思中。如果一切顺利的话，2030年，一座别开生面的月球宾馆将出现在太空。
在月球上建造宾馆，首先要考虑月球和地球环境的不同。最为理想的位置应是那些昼夜温差小、生活环境稳定的地方，也就是在太阳西沉后仍是白夜的地方。鉴于月球的地轴倾斜度为5度，距月球两极纬度5度的地方就不会有完全的黑夜，气温可稳定在0℃左右，像这样的地区，月球上有14.4万平方公里；同时，考虑到距月球地表深93厘米以下的地方受太阳温度变化影响小，因此，月球宾馆也可以考虑建在地下。
初步设想是，利用月球的熔岩隧道建在地下的月球宾馆，将建立一个维持生命的环境调节系统，使空气保持在与地球相同的一个大气压，室温控制在18℃～24℃之间。根据USNCC报告书的设计，月球上每人每天的用水量将按地球上用水量折半计算，需16.8千克，但如此大量的用水在月球上只能用化学方法，将排放的生活废水通过再生重新变为明净的水。在月球上，人均每天所需能源为14千瓦，全部由太阳能电池和燃料电池供应，而月球宾馆所需的食品，计划通过建立月球农场和牧场来解决。
月球农场可栽培小麦、水稻、土豆、番茄等，在封闭式农场的条件下，空气中含有相当于大气中8倍浓度的二氧化碳，这样使得植物的生长周期缩短了一半，又能获得3.8倍的收获量。当然，月球牧场还将饲养那些已经适应了月球环境的动物，如微型猪、微型鸡、罗非鱼、蜗牛等。届时，人类的登月旅行将不再是梦想。
2040年建立火星据点
USNCC报告书中的第三要点就是：把火星作为月球之后的开拓目标。火星的环境比月球更容易亲近：火星有相当于地球1％的大气（因此可以使用气体制动器）；同时也存在水；自转周期是24小时37分；也有四季的变化，表面重力是地球的38％。
USNCC报告指出，人类在火星建立实用型据点可能得到2040年以后。相比月球基地，火星基地距离地球要远得多，因此，在火星开拓的初期就要自给自足。火星上若有紧急事态发生，救援队从地球赶到火星需要一年以上的时间。所以，必须同时建立两个火星基地，以便互相支援帮助。这样看来，火星基地不仅要在火星表面建立，而且在其卫星福波斯和德莫斯上也要建立。这两颗火卫和小行星一样，可能也含有很多有用的物资。
另外，人们还可以在火星卫星的轨道上建设作为火星门户的太空港。火星太空港运行在比福波斯更靠近火星的轨道上，如果从福波斯和德莫斯伸出索道，那么，以最小的能量就能把来自地球的联络船送到火星表面。
根据USNCC报告书的预测，火星基地雏形将于2030～2040年间建成，而真正的火星基地建设，恐怕要到2050年代初。
2050年建成宇宙巡回航母
随着航空技术的发展，人们在50年后到月球去旅行，也许会像现在乘飞机到国外旅行一样容易。但是，飞往火星却决非易事，因为到火星去旅行，旅途就要5～7个月以上的时间。为此，开发宇宙巡回航母成为USNCC报告的第四要点。
作为连结月球和火星的交通手段，宇宙巡回航母是跨越地球和火星的轨道、环绕太阳旋转的宇宙船。根据以往的概念，火星宇宙飞船首先在地球附近加速后转移到环绕太阳的轨道，到达火星附近再减速，转移到环绕火星的轨道。但这样每一单程都要加速和减速，很浪费能量。
宇宙巡回航母就避免了这样频繁的a加速或减速，仅仅只在地球和火星附近通过。为到达目的地，先乘联络船再转移到宇宙巡回航母上，然后在适当时机换乘联络船，降落在目的地。如果选择合适的轨道，那么宇宙巡回航母就能以几乎相同的机遇接近地球和火星。
乘坐宇宙巡回航母的旅行需要几个月的时间，因此，船内的设施必须很齐全。船内要建立人造生态系统、再生氧气和水，并栽培植物、粮食的一部分用以自给自足。而且，宇宙巡回航母必须保证能自给自足航行几年，因为万一接近火星时移乘和补给失败，那么到下一次接近期间的漫长时间都要单独航行。
USNCC的报告书一直预测到了2060年。那时，人类已使月球工业化，在火星也建立了真正的基地。
