人造地球:未来空间工作站展望

头条推送科普中国头条创作与推送项目头条创作与推送2016-10-11 09:27
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[摘要]中秋佳节是中国传统节庆。2016年中秋,9月15日,这天晚上,中国在酒泉基地发射了长征二号火箭,把天宫二号安全送入了运行轨道。人体就是一个小宇宙,天宫二号就是一个胚胎小地球。

未来太空工作站展望:如同一个人造地球

天宫二号(图片来自网络)

天宫二号空间工作站,顾名思义,就是要有人在上边工作生活。这和人类要在地球上工作生活一样,首先需要的是维持生命。所以,空间工作站必须有生命维持系统。这个生命维持系统不是医院急救室那种吊针、体外呼吸机和体外血循环机等,而是要和地球一样,有一个大气环境,有个生态环境,需要有维持生命的水循环和氧循环:人呼出的二氧化碳要设法还原为氧气,人分泌蒸发的水分要设法收集纯净为饮用水。所以说,太空科学实验工作站,就是一个小小的人造地球胚胎。对空间工作站的生命维持系统的研发,有可能反过来对地球上的农业技术产生重大推进。空间工作站维持生命的种植技术的研究,也有助于发展三沙市海洋养植,乃至用于研发不停港的航空母舰。

当然,这个人造地球还处于萌芽状态,还需要天舟货运飞船作为人造地球胚胎和母亲地球之间的脐带,为这种半供给半生态的天宫生命维持系统补充养料。天宫科学实验工作站,除了要研究量子通讯等实用技术之外,除了要研究太阳和宇宙这种至大无外的空间和能量的基础科学之外,还要研究人体如何适应太空失重环境下的生理过程。这是人类宇宙航行的前期热身。

未来太空工作站展望:如同一个人造地球

银河系(图片来自网络)

太空工作站是模块化的,就和动车组一样,每个动车都有自己的动力,但最终是联成一组协同运行。太空工作站的建设,是把各个模块分别逐个发射上去,连接起来,让太空站不断长大。经过天宫二号、天宫三号、……天宫N号的研究进步,经过航天医学的研究进展,经过天宫生命维持系统的不断完善,以后的太空工作站就可以和三沙市永署岛一样,太空科研人员自己养猪种菜,酿桂花酒,养玉兔,过太空牛郎织女生活,让太空站具备自持的生命维持系统。当然,太空的养猪种菜很可能就是营养液中的虫草真菌培养,很可能就是大棚温室种植黄瓜的太空化。当太空小生态环境建立起来以后,就可以依靠太阳光完成空间工作站中的碳循环,氧循环,水循环等,一个人造地球就诞生了,天宫就再也无需天舟货运飞船这个脐带来补充生命必需品,天宫就有了能维持生命的人造太空生态环境了。

但这还不够,人造地球还要超越地球。地球生态环境必须依靠阳光,天宫的人造生态要可以脱离太阳辐照,让太阳系以外的星球的辐射来接续这个小小生态的光合作用。记得我很小的时候,街道的路灯还很暗,两个路灯中间有一段几乎没有灯光地段,每当我走到这个伸手不见五指的地段,两拳攥得手心湿漉漉的,心里扑腾扑腾地害怕得慌,待走到下一盏路灯驱散了我周围的黑暗的时候,紧张的心情才得到缓解。以后的宇宙航行也一样,脱离太阳系到下一个星球,必然经过一段没有阳光的航程,天宫人造生态环境要能够应对穿越两个星球之间的无阳光辐照的航路。一旦人造空间站有了这种生态能力,就可以装上动力,到宇宙中永远遨游而无后顾之忧,那时候太空站不仅仅能够维持生命,而且能够让生命繁衍。中国改革开放前,一个500人左右的西部边远自然村落,可以在自然经济中自己生活在一个世外桃源里。如果一个孤立自持的地球自然经济需要500人,那么,一个具备完整太空工农业产业链的孤立的可持续的宇宙经济体,就至少需要男女老幼约1万人。到时候,一个宇宙飞船就是一个诺亚方舟,带着人类的所有文明成就,带着人类未来的希望,去征服宇宙。

未来太空工作站展望:如同一个人造地球

合肥托卡马克(图片来自网络)

地球表面的生态圈有水圈和大气圈,大气圈外还有一个磁场圈。地球磁场保护了地球生态的健康,但也让我们难以观测到太阳辐照出来的许多粒子。天宫科学实验工作站在地球磁场之外,观测太阳有天然优势。 太阳内核温度有1500万度,只是中国合肥托卡马克核聚变设施温度5000万度的三分之一左右,太阳里的核聚变基本依靠量子隧道效应,是一个非常缓慢的燃烧过程。太阳核聚变燃烧氢原子,把氢原子变成氦原子。再过50亿年,太阳里的氢原子就会燃烧殆尽,失去核辐射压力支撑的太阳就会发生重力塌陷,重力塌陷生产的热量就会激活太阳氦核聚变,这个氦核聚变是爆炸性的核反应,太阳会爆炸成短命的红巨星,其直径直逼地球轨道。在太阳爆炸之前,太阳辐照强度也会产生巨大变化,太阳自46亿年前诞生以来,其温度已经上升了30%。

天宫太空科学实验工作站这个工程,因此关乎人类未来命运。太阳寿命是有限的,适合人类居住的地球也不会永远存在。在太阳爆炸成红巨星之前,在人类已经无法适应由于太阳辐照变化改变了的地球生态之前,人类应该已经乘上了数以万计的宇宙诺亚方舟,把地球人类文明变为成千上万个人类文明的种子,带着人类积累的所有文明,散布到其它星球,散布到其它星系,让人类从地球文明走向宇宙文明。(资料来源:《知识就是力量》杂志社)

专家:郭晓明,加拿大麦吉尔大学物理学博士,科技与战略风云学会会员。致谢:感谢中国科学技术大学化学博士,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室副研究员,科技与战略风云学会会长袁岚峰提出的宝贵意见。

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