而对于太阳系其他行星的探索将是今后相当一段时间内的重大科学活动,以载人空间站为基地,承担飞行中转站的作用,组装载人的和不载人的航天器,发射到其他行星或进行宇宙探测,将具有很多优点。
我们知道,任何飞行器的飞行距离总是有限,从地面被发射之后,由于受能量补给等原因的限制,它们不可能飞得很远很远,然而人们要探寻的星球却远在天边。空间基地则可以满足人类向更遥远的星球进发的愿望,它将可以作为天上的中转站,由它再向太空发射航天器,会比从地面发射飞得更远。人们可以从它向月球、火星或是更远的天体发射卫星、探测器甚至飞船。它将不仅仅是一个停靠站、维修站,而且是一个可以在太空进行发射的空间发射基地。
那么,载人空间基地对空间开发都有哪些重要影响呢?研究表明,它将大大延长航天器寿命,从根本上降低成本。这也是目前人类的航天活动有待改进的重要问题。空间基地的出现,它的在轨补给、维修作用十分有益于航天器以良好状态进行长期运行。我们以卫星为例,目前的人造卫星多是功能单一、寿命短、成本高,由于它体积有限,飞行一定时间如果缺乏补给,就会报废,或是必须回收,重新发射,如果有意外故障,地面则无法控制,只能放弃,这样对于本身投入就很高的航天活动是极大的负担。而空间基地则可以及时实行检修,补给能量,使得卫星可以继续工作,持续探测,从而不仅能降低成本,更能提高效益,为航天器提供“再生”的机会。
与此同时,载人空间基地也在为开发复杂的大型航天器开辟道路。事实表明,开发大型航天器是未来太空发展的必然趋势,规模大,收效则大。未来依靠太阳能提供能源的各种飞行器需要能量越多,则接收太阳能的帆板就要相应越大,有的可达上百吨乃至上万吨。这种重量几乎是运载火箭不可能承担的。空间基地建成以后,大型航天器则可以从容地在天上组装,再分批运送入轨,这样就使原本不可成行的大型空间飞行器可以在太空为人类服务,实现太空活动的大规模化。
载人空间基地作为未来的空间设施,还会有许许多多人们不可预知的优越性,甚至人们难以想象的巨大影响,但可以肯定,它不是遥不可及的梦想,而是可以实现的未来航天计划。载人空间基地的最终出现,将使许多原本只能在地面上做的事可以在空间进行,使人类一直以来以地球为基地进行的“地基”阶段进入以空间基地为基础的“天基”时代,这将使太空探索发展到一个全新的阶段,将是人类空间活动的一个里程碑式的进步。
太空城的方案设计设想
建造可供人们长期生活工作的太空城,既是人类的梦想,又是空间技术发展的必然,特别对于进行太空移民和深空探索,有着特别重要的意义。
伞架子式的太空城
未来的太空城美国普林斯顿大学物理学教授奥尼尔博士对建造太空城已经研究很长时间了。1977年,他出版了《宇宙移民岛》一书,提出了3种宇宙岛设计方案,其中的“奥尼尔三号岛”是一种伞形结构的太空城。它像张开的伞,伞把是两个巨大的圆筒,这个伞特别大,光伞把就有6500米粗,长3200米。在这个大圆筒里,可以居住100多万人。两个伞把用传动带连到一起,每分钟以一转的速度旋转,从而产生人造动力。伞把的四周是玻璃窗,窗外用挡板遮挡着,盖板内镶着大玻璃,扣上盖板里边就是黑夜,打开盖板,镜子将外边的阳光折射到里边,里边就是白天了。
圆筒里边是真正的城市,有山丘、树木、花草、河流,有体育场、电影院、大酒店,还有机场、车站和码头。太空城里的居民外出办事,可以像在地球一样,或乘船、或乘公共汽车、或乘飞机,或者干脆把手一挥,打的走,非常方便。尤其称奇的是,这座太空城还可以进行人工降雨,有晴天、阴天、雨天和冷暖的变化。科学家把伞架子边缘设计成农业舱室,在农业舱室里,通过温度控制,可以在不同的舱室分别制造出春、夏、秋、冬一年四季的季节来呢。因此,农业舱室粮食作物郁郁葱葱,瓜果蔬菜一应俱全,由于温度、湿度适宜,在那里,奶牛成群,猪羊满圈,小鸟欢唱,有益的昆虫飞翔,整个一个天上人间。生活在太空城里的公民一年四季都可以吃上新鲜的蔬菜、瓜果和粮食。
由于太空城里的环境十分优越,因此呼吸的也都是新鲜空气,再也不必担心在地球城市中的空气污染了。优越的环境加上采取先进的栽培方法,在那里吃的也都是绿色食品。
圆环型的太空城
这样的太空城就像一个大轮胎,轮胎的直径为1800米,仅大圆环的直径就有130米,里边可供1万人长久居住。圆环以每分钟1转的速度自转,产生重力环境。
为了使圆环里能享受到充足的阳光,在圆环的上方安装了一面巨大的镜子,将太阳光折射到圆环中央的镜子上,然后由它折射到圆环的百叶窗上,百叶张开,阳光进入,里面为白天;百叶闭合,里面为黑夜。在圆环的中轴上,靠近圆环的一端是太空港,设计了许多对接装置,接送来往人员,向太空城里运输货物和向地球运输太空垃圾和产品的宇宙飞船在这里停靠。同时可以接待好多艘飞船来访。另一端就是太空工厂和太阳能发电站了。中轴有6根辐射管通道与居民区相连,人们可乘100多米的电梯,通过辐射管道进入中轴,再沿着中轴去工厂上班。
科学家由“向日葵”得出了建造“向日葵”城的灵感在这个大圆环里面,按不同用途分成若干个舱段,每个舱段即是一个区域。有居民区、学校、医院、饭店、旅店、农场、肉类加工厂、太空工厂等等。尽管在太空城里生活的人们都很文明,但是,必要的管理工作还是需要的。因此,还是要设立如居委会、警察局类似的机构。
走进工厂,你会看到偌大的工厂里几乎看不见工人,全部是计算机控制,也没有噪声和污染。走进农场你会看到一台台不冒黑烟的现代化机械在不停地工作,身穿白大褂的农场工人坐在电脑前,用电脑控制着这些机械工作。在明媚的春光下,青椒、茄子、豆角、西红柿张着笑脸,小麦、玉米等粮食作物在春风下摇曳。这些无忧无虑的小生命们,已经忘记了地球。
“向日葵”城
1975年,美国有一位科学家曾经提出了一个叫“向日葵”城的太空城方案,顾名思义,这座太空城的样式有点像向日葵,主体是一个直径达450米的圆筒,以2转/分钟的速度自转,这样可以产生像地面一样的重力,人在上面生活、工作像在地面上一样。周围配备圆锥形反射镜反射阳光,最外边是农业区,最上面是聚光镜,靠这面镜子聚集的阳光发电为城内提供电能。“向日葵”城可居住1万人。
太空花园
美国太空总署为配合星际探险计划的开展,与波音公司合作研制了一种名为“愉快花园”的适应性太空舱。这个太空舱实际上是一个保持受控状态的生命维持系统。在这个系统中,将种植各种花卉、果树和粮食作物,既为太空人提供良好的环境,又为他们提供食品和水果。整个花园里产生的二氧化碳将由小球藻系统来排除和制造氧气,保持新鲜空气。太空花园还专门设立了“运动区”,供到这里旅游参观的客人进行太空运动,运动区的引力相对较弱。
太空集体农庄
为了实现太空移民和长期载人航天,目前,美、日和西欧在21世纪的太空计划中,将植物在密闭的太空舱内进行长期生长试验作为重点研究项目。为此,设计太空集体农庄的工作已经开始进行。
目前,科学家的设想是把太空集体农庄建成球冠状。利用其外面可以转动的反射镜调节室内温度,通过人工努力,为植物营造一个像地球上一样的生长环境。科学家们通过对从月球上取回的土样成分进行化验分析认为,月球土本身不能种庄稼,但只要稍加改造,就可以成为在太空农场里种植庄稼等植物的土壤。更为重要的是,这种土壤还可以提取氧气和合成水分,这样就可以解决农场工作人员的生活用水问题了。
太空农场种植的庄稼、水果,不用洒农药,因此,是地道的绿色食品。未来的太空农场将全部实现机械化,工人在室内按电钮就可以对农场进行管理了。
太空城的方案还有许多。随着时间的推移,当太空城建造正式开始的时候,还会有更多、更好、更为科学的方案问世,届时,一座座太空城将呈现在人们面前,期待着人们的光临。
非同凡响的空间医院
事实上,人类开发太空的目的大致有3项:①到空间去获取资源;②对人类是否能适应太空环境进行考察;③向现代医学挑战。
科学试验表明,航天员在长期失重条件下不仅能耐受空间真空和高低温环境,而且还能工作。尽管如此,目前仍有一系列航天医学方面的难题,如在失重环境中,血液会大量涌向头部,从而造成血液循环系统和平衡系统功能性紊乱,出现呕吐昏眩症状的所谓“空间运动病”;除此之外,长期失重还会造成人体骨骼疏松,脱钙与脱磷等无机盐代谢紊乱,使肌肉萎缩;失重还对人体的免疫力和遗传有影响,而这些生理反常现象,仅凭遥测和航天员的感受来探索是很难深入研究的,必须依靠医生亲临现场做多方面的体验与考察,才能有效地解决。
针灸
事实上,早在1964年,前苏联就派叶戈罗夫医生随“上升”号宇宙飞船到轨道上,在那里停留了24小时,从事了相关医学课题的研究工作。10年后,又派遣阿季科夫医生乘“联盟”号宇宙飞船到“礼炮7”号空间站上“出诊”。
而随着新世纪太空科技工业的兴起,将来大型空间站、太阳能发电站、空间工厂等的建设,在太空工作的将不只是几个航天员,会有几十人乃至几百人。因此,在考虑太空开发规划的同时,必不可少地要考虑空间医院的建设,以便解决航天员的医疗问题,以及利用空间有利环境治疗地球上难以治疗的某些疾病。未来的空间医院将是一个综合性的医疗系统,集研究、治疗、休养于一体。
我们已经知道,空间运动病是航天员在失重飞行中碰到的共性问题。在载人航天史上,空间运动病频繁发生,而下面一组统计数字则足以说明这一点:前苏联“上升”号宇宙飞船上的航天员发病率约是60%,“礼炮”号空间站上的发病率为40%左右,美国“阿波罗”宇宙飞船上航天员发病率为37%,“天空实验室”上的为555%,航天飞机上的为53%。空间运动病仍然是航天医学领域亟待解决的问题,它严重影响航天员的健康、工作能力和安全,尤其对于短期载人航天危害更大,在发射后短期内出舱活动或救生应急返回,是对航天员安全的一种威胁。目前来看,对空间运动病的治疗,主要方法有限制头部运动和服用抗运动病的药物。杜仲由于头部运动加重了空间运动病症状和视动性眼震以及错觉感,所以空间大夫应教会航天员有意识地控制头部运动,而在必要时还要用颈圈来限制头部运动。服用西药会出现某种副作用,同时亦不能完全消除空间运动病的症状。科学家们在勾画空间医院蓝图时指出,该类医院将开展中西医结合治疗,发挥气功、针灸、中药的优势,进行综合性医疗研究。
例如,中国的“长生不老药”——杜仲,就可作为空间保健药供航天员服用,据说它有促进蛋白质代谢、增进合成能力的功用。根据杜仲的药理推测,它能在微重力环境下起到抗肌肉和骨骼老化的作用。人们坚信,通过中西医的共同研究与探索,定能找到有效防护和治疗空间运动病的方法。
此外,空间医院还需要特别注意研究在空间长期生活中会出现哪些特殊病,采取什么措施可以防止它们的发生。据长期载人航天试验资料的统计分析,多发病为人的血管功能改变、骨骼脱钙、疲劳、睡眠紊乱、辐射损伤,还有一种常见病称为“心”病。虽然在短期载人航天史上还未出现过因乘员的感觉、认识和心理障碍而使飞行归于失败的先例,也未曾听说过不良的心理反应引起航天员的生理机能受到明显损害,但随着空间基地建设,面临转向长期居住空间这一新生事物的出现,人际关系、社会及心理状态等问题就会接踵而来,而且日益复杂,处理这些问题也会越来越困难,处理不好便会严重影响任务的完成。
我们知道,太空科技工业基地将是一个“与世隔绝”的小型社会,什么样的人都会碰到。人长期生活在这种环境里,会出现各种异常心理和心理生理的反应。有害作用使人从厌烦和无精打采,直至发展到不利于身心健康的焦躁不安、睡眠紊乱、疲惫不堪和认知受损,最终导致敌意或抑郁过度使性格孤僻。曾有一位长期在太空生活过的航天员回忆起当时的情景,他认为在空间共同生活不会是宁静的,航天员之间也会有意见分歧,有时甚至会对同事极为恼怒。但在失重状态下,站立不稳,就连想打人都很困难,有时即使感到灰心丧气也没办法,只觉得非常疲劳,常常不知道哪件事就会引起争吵。另一位航天员则回忆说:在空间出现控制不住的心理状态,也有周期性变化,有时会情绪紧张和难以入睡,有时却乐意把闲暇或娱乐时间用于工作以打发时间,因为在工作中能感到时间过得快些,这样可消除因感觉时间过得慢而产生的孤独、寂寞、头痛、背痛及其他身体不适感。人们分析,无所事事会导致心理危机,在失重环境下尤为严重。