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建造空间站的目的是什么? 第1页

  

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拥有一座空间站,就意味着在外太空会有一个长期稳定的生活和工作空间,航天员可以通过载人火箭和飞船,实现频繁的天地往返并长期驻留那里,并通过货运飞船定期补给。通过搭载的一系列顶级科研设备,空间站也成为一个重要的“太空实验室”,相关科研成果不仅直接促进航天技术进一步发展,甚至能带动很多产业链上下游的相关制造业的发展,对于提升一个国家的整体科学技术水平有着重要意义,是航天大国技术发展的必经之路。

失重环境下,不仅航天员发型变得与众不同,液滴也变的与地球表面截然不同(图源:NASA)


太空中最得天独厚的环境就是长期的失重,这是长期生活在地球表面的我们无法实现的。在失重环境下,精密机械加工、高级材料成型、液体气体力学等技术领域将呈现出截然不同的现象。例如,一滴液体在太空中可以轻易形成近乎完美的球形,在地球表面重力的影响下,这几乎是不可能做到的。植物也会由于没有重力影响而自由生长,甚至种子也会受到太空辐射的影响发生一定的变异,成为“太空种子”。在空间站里,载荷专家还能实现很多特殊的实验,验证科学家们的理论推导,甚至做出超出预期的科研结果。

空间站往往飞行在距离地球表面400千米的高度,每隔90分钟左右就可以绕地球一圈,这对于地球遥感、国土勘察、资源搜寻、环境保护和国防安全等领域有着无可取代的益处。由于空间尺寸巨大、天地往返交互频繁、有人驻留等有利条件,空间站的相关仪器平台技术水平和维护更新频率都远超无人航天器,取得相关成果的效率极高。

从地球表面观测电磁波的频谱窗口透明度,真正的有效观测的窗口极小,在太空中这些问题迎刃而解(图源:公共版权+本文注释)


空间站几乎摆脱了大气层最致密区域的影响,也极少受到人类活动的干扰,例如电磁污染和夜光污染等,可以很便利进行需要“安静”环境的天文观测。在地球上,浓密的大气、电离层、人类活动等使得天文学家基本只能进行部分可见光、无线电波段的天文观测,对于X射线、伽马射线、红外线、超长波等则望尘莫及。而在太空环境中,不少难题迎刃而解,无数太空望远镜的发射彻底改变了人类天文学的发展。而空间站也能成为搭载空间天文学仪器的完美平台,在航天员的精心维护下,会收获大量的科研成果,让人类“看得更远”。

人类身体,是载人航天的最重要组成部分,保护这个脆弱的血肉之躯成为所有技术的核心。而人类进入太空后,也会变成“科研载荷”,在失重环境下人的感知会大大不同于地球,例如上下左右不分、体液重新布置、骨质流失、肌肉萎缩等空间适应综合症,未经专业训练的普通人很难适应。在相对封闭的空间内,航天员还要长期自我检测身体健康状况,出舱行走等特殊情形下还要求8小时左右密封在舱外服中,心理健康也成为一个重要挑战。为此,需要一个庞大的航天员辅助和航天医学研究团队作为支撑,相关的科研也有不少已经反馈到了普通大众的生活中,例如尿不湿、耳温计、各种集成便携的医疗器械等。

这种上下不分的场景在地球上是很难出现的,但在空间站是常态(图源:NASA)


除了空间站的直接产出,它的间接产出更是难以评价的。作为人类工业文明的巅峰,航天需要大量的高新科技,涉及到结构材料、电子电路、通信技术等无数行业支持。例如,在硅谷的半导体、电子计算机和通信等行业的起步和快速发展阶段,恰逢太空竞赛的巅峰时刻,阿波罗登月、天空实验室、航天飞机计划等载人航天项目预算惊人,对于减重、可靠性、计算性能等方面的要求至上、价格却并不敏感,为这些行业带来了天量的订单,数个巨头快速发展,一跃成为世界的领跑者,在冷战末期就奠定了今天几乎全球垄断的地位。

载人航天是个科技密集型行业的属性本身,也决定了它一定是个智力密集型行业,需要广大科技工作者共同努力。这也意味着它的快速发展,能极大促进相关领域科研院所和高等教育机构的成长,孕育出庞大的理工科人才队伍规模。这些人不仅能推动相关领域的发展,人才溢出和价值迭代效应,也会影响社会其他领域的发展,提高整体的生产力水平。

“地球是人类的摇篮,但人类不可能永远生活在地球上”。这是航天先驱齐奥尔科夫斯基所说的名言。随着人类社会的快速发展,自然资源变得越发紧张,人口爆炸、环境污染、物种灭绝等人与自然冲突变得更多,地球越来越难以承载人类社会的进一步发展。而宇宙中的资源却是近乎无限的:人类离开地球的脚步仅迈出了38万千米,而已知宇宙的半径已经达到了465亿光年,每一光年,就是9.5万亿千米!人类必然会迈出地球。

目前世界各航天大国都在进行太空电站的相关研究(图源:NASA)


在人类目前技术水平下的的航天发展规划中,利用空间太阳能的太空发电站、利用小行星带的太空采矿、利用其他星球的载人登月/登火,都将逐渐成为现实。在更远的将来,毫无疑问空间站是未来人类迈出地球的基本单元,成为我们的在宇宙中的“诺亚方舟”,让地球人的脚步踏上更远的宇宙角落,成为跨行星际空间生存的物种。有生之年,我们还需拭目以待。




  

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