人类真的能够实现太空旅行吗？什么是世代船？

大豆农民

到另一颗星球旅行并在遥远的星球上种下人类的种子，这是科学家乃至大部分人类的完美愿望。毫不夸张地说，几个世纪以来这一个看起来不切实际的愿望一直吸引着人类的想象力。随着现代天文学的诞生和太空时代的到来，人们的科技甚至已经提出了如何实现这一目标的科学建议。但是，当然，生活在相对论性的宇宙中存在着许多未知，这些未知都是对我们最大的挑战。

世代船的提出

在这些挑战中，最大的挑战之一与人类在有生之年到达另一颗恒星所需的巨大能量有关。因此，一些太空旅行的支持者建议发射宇宙飞船，这些飞船本质上是可以容纳旅行者数百年甚至更长时间的微型化世界。这些“世代船”其实就是宇宙飞船或星际方舟，总之就是为长途飞行而建造的宇宙飞船。

“世代船”背后的逻辑很简单:如果你不能在有生之年以足够快的速度到达另一个星系，那就造一艘足够大的船，把你长途航行可能需要的所有东西都运过去。这将需要确保一艘船有一个可靠的推进系统，能够在加速和减速期间提供稳定的推力，以及为几代人提供必要的便利设施。

最重要的是，这艘船需要确保船员们有足够的食物、水和可呼吸的空气——足以维持数百年甚至数千年。十有八九，这将意味着我们必须在飞船内部创造一个封闭系统的小气候，包括一个水循环、一个碳循环和一个氮循环。这将使粮食得以生长，水和空气得以不断循环利用。

到达最近的恒星

离我们太阳系最近的恒星是比邻星(Proxima Centauri)，这是一颗m型(红矮星)主序恒星，距我们约4.24光年。这颗恒星是包括半人马座阿尔法星系统在内的三颗恒星系统的一部分，这个双星系统由一个主序列类似太阳的恒星(一个g型黄色矮星)和一个主序列类似k型(橙色矮星)的恒星组成。

除了是离我们最近的恒星系统，比邻星也是离地球最近的系外行星——比邻星b的家园。这颗行星由欧洲南方天文台(ESO)于2016年宣布发现，其大小与地球差不多(1.3地球质量)，运行轨道位于其恒星的环太阳宜居带。下一个在其恒星的HZ轨道上运行的系外行星是罗斯128b，这是一颗地球大小的系外行星，它围绕着大约11光年外的一颗红矮星运行。下一个离我们最近的类太阳恒星是Tau Ceti，它离我们不到12光年，有一个可能适合人类居住的候选者(Tau Ceti e)。

但正如我们前面所提到的，即使是到最近的恒星也需要很长的时间和大量的能量。使用传统的推进方式，可能需要19000到81000年才能到达那里。使用已经测试过但还没有制造的方法(如核火箭)，旅行时间被缩短到1000年左右。

有一些被提议的方法能够在一个单一的生命周期内到达最近的恒星，例如定向能量推进——例如“突破摄星”。在这个概念中，光帆和克级宇宙飞船可以加速到光速的20%(0.2摄氏度)，从而在20年内到达半人马座阿尔法星。然而，这些方法和类似的提议都是未经考虑的概念。

除此之外，把人类送到另一个星系的唯一可能的方法要么是技术上可行的(但尚未开发)，要么是完全理论化的(比如阿尔库比埃尔曲速引擎)。考虑到这一点，许多科学家已经起草了建议，放弃速度，转而集中精力安排船员在长途航行中住宿。

科学家的建议

自20世纪初以来，科学家已经提出了多种建议。这些建议中有许多是以研究的形式提出的，而另一些则在科幻小说中得以推广。已知最早的例子是1918年火箭先驱罗伯特·h·戈达德(美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心就是以他的名字命名的)的论文《终极迁移》。

在长达数个世纪的航程中，机组人员将处于假死状态，每隔一段时间就叫醒飞行员修正和维护航线。正如他写道:飞行员应该每隔一段时间被唤醒或激活一次，也许是一万年，以便能航行到最近的恒星，一百万年，以便能航行到很远的地方，或者其他星系。为了实现这一目标，应该使用一种通过改变辐射物质的重量。

他还设想原子能可以作为一种能源，但如果做不到这一点，那么利用氢和氧燃料的结合，以及太阳能也就足够了。根据他的计算，戈达德估计这些足以使飞船达到4.8至16公里/秒的速度，即17280公里/小时至57936公里/小时或5%至20%的光速。

“航天理论之父”康斯坦丁·e·齐奥尔科夫斯基(Konstantin E. Tsiolkovsky)在其论文《地球与人类的未来》中也提到了多代宇宙飞船的概念。齐奥尔科夫斯基描述了一个自给自足的太空殖民地(“诺亚方舟”)，那里的宇航员在数千年后才能到达目的地。

另一个关于世代船的早期描述是在1929年j·d·伯纳尔(“伯纳尔球体”的发明者)的文章《世界、肉体与魔鬼》中。在这篇影响深远的文章中，伯纳尔写到了人类进化及其在太空中的未来，其中包括我们今天称之为“世代船”的船只。

1946年，波兰裔美国数学家Stanislaw Ulam提出了一种新的想法，称为核脉冲推进(NPP)。作为曼哈顿计划(Manhattan Project)的参与者之一，乌兰姆设想了为了宇宙探索而重新利用核装置的方式。1955年，美国国家航空和宇宙航行局(NASA)启动了“猎户座”计划(Project Orion)，以研究作为深空航行工具的NNP。这个项目(从1958年到1963年正式运行)由通用原子学的泰德·泰勒和新泽西州普林斯顿高等研究所的物理学家弗里曼·戴森领导。在1963年签署的《有限禁止核试验条约》(Limited Test Ban Treaty)确立了在地球轨道上进行核试验的永久禁令后，朝鲜放弃了核试验。

1964年，罗伯特·恩兹曼博士提出了迄今为止最详细的一代飞船概念，此后被称为“恩兹曼星际飞船”。他的提议要求建造一艘使用氘燃料来产生聚变反应以达到光速的一小部分的飞船。飞船长度为600米(2000英尺)，可容纳最初的200名船员(还有扩展空间)。

20世纪70年代，英国星际学会(British Interplanetary Society)进行了一项名为“代达罗斯计划”(Project Daedalus)的太空旅行可行性研究。这项研究呼吁创造一个两级融合动力的航天器，它将能够在一个单一的生命周期内到达巴纳德星(距离地球5.9光年)。虽然这一概念是为无人飞船，但是这项研究将为未来的载人任务提供思路。

例如，国际组织“伊卡洛斯星际穿越”(Icarus Interstellar)就试图通过“伊卡洛斯计划”(Project Icarus)来重振这一概念。伊卡洛斯计划成立于2009年，其志愿科学家希望在21世纪使聚变推进和其他先进的推进方法成为现实。也有研究认为反物质是一种推进手段。这种方法将涉及在反应室内碰撞氢原子和反氢原子，这提供了难以置信的能量密度和低质量的好处。出于这个原因，美国国家航空航天局高级概念研究所(NIAC)正在研究这项技术，作为长期任务的可能手段。

2017年至2019年期间，斯特拉斯堡天文台的弗雷德里克·马林博士对世代船的必要参数进行了一系列非常详细的研究——包括最小船员人数、遗传多样性和船的大小。在所有的案例中，他和他的同事都依赖于他们自己创造的一种新型的数字软件(称为HERITAGE)。

在前两项研究中，马林博士和他的同事们进行了模拟实验，结果表明最少需要98人(最多98人)。与低温贮藏的精子、卵子和胚胎相结合，以确保存活(但避免过度拥挤)、遗传多样性和到达后的良好健康。在第三个研究中,马林博士和另一组研究人员确定,船代需要测量长度320米(1050英尺),224米(735英尺)的半径,并包含至少450 m?(~ 4850英尺?)人造土地的农业。这片陆地也将确保船上的水和空气作为小气候的一部分被循环利用。

世代船的优势

世代船的主要优势是它可以用成熟的技术建造，而且不需要等待技术上的巨大进步。同时，这一概念的核心目标是放弃速度和推进质量的问题，以确保人类船员最终能够殖民另一个恒星系统。

但是正如前面所提到的，世代飞船还将实现宇宙探索的两个主要目标，即在太空中保持人类殖民地，并允许前往可能适合人类居住的系外行星。最重要的是，如果一个船员的人数达到数百或数千人，那么他们成功殖民另一个星球的几率就会翻倍。

最后，但并非最不重要的是，一代船的宽敞环境将允许多种方法的追求。例如，部分船员可以在旅行期间保持清醒状态，而另一部分则可以保持低温悬浮状态。人们也可以在轮班中恢复和恢复悬浮状态，从而最小化长时空旅行的心理影响。不幸的是，这就是优势结束和问题开始的地方。

世代船的缺点

代用船最明显的缺点是建造和维护这么大的宇宙飞船的绝对成本，这将是是一个巨大的挑战。将人类宇航员长期送入外太空也存在危险，在一次需要几百年甚至上千年才能完成的航行中，船员们很有可能会产生孤立感和厌倦感，并互相攻击。

此外，多代人的太空之旅可能会带来一些生理问题。众所周知，深空的辐射环境与地球或近地轨道的环境有很大的不同。即使有辐射屏蔽，长期暴露在宇宙射线中也会对宇航员的健康产生严重影响。

虽然低温悬浮液可以帮助缓解其中一些问题，但低温对人体生理的长期影响尚不清楚。这意味着在进行这样的任务之前需要进行广泛的测试。这只会增加这一概念所包含的整个道德和伦理方面的考虑。

最后，随之而来的技术进步可能会导致更快更先进的星际飞船的发展。这些船，在很久以后离开地球，可能能够在到达目的地之前超过世代船——因此整个旅程毫无意义。

结论

考虑到建造一艘代用船的巨大成本、进行如此长距离航行的风险、涉及的未知因素的数量，以及它可能会因为技术的进步而变得毫无意义，我们不得不问这样一个问题:这样做值得吗?不幸的是，就像许多关于多代人太空旅行的问题一样，没有明确的答案。

最后，如果有资源和意愿，人类最终很可能会尝试这样的任务。没有成功的保证，即使宇航员成功地到达了另一个恒星系统，并在一个遥远的星球上殖民，地球上的人也要过几千年才能听到他们后代的声音。

在这种情况下，等待进一步的技术进步似乎是更明智的做法，然后再尝试进入星际。然而，并不是所有人都愿意等待，历史往往会记住那些敢于冒险的人。就像火星一号那样的冒险活动向我们展示的那样，为了殖民一个遥远的世界，愿意冒生命危险的人并不缺乏！

我相信，在遥远的未来，太空旅行将不再是梦想，你说呢？

原文地址：今日头条