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看看我们现在所处的时代,21 世纪已过去近八年,NASA 最壮观的载人任务也不过是前往国际空间站,距离地球仅 210 英里。即使是 NASA 当前载人航天计划中最雄心勃勃的部分,也只是要访问我们已经去过的一个天体:月球。宇航员、太空爱好者以及不以为然的公众,都渴望着更惊心动魄、更英勇、更新的太空探索。比如说,将宇航员降落在以每秒 15 英里速度在太空中疾驰的遥远岩石上。
这正是 NASA 一直在研究的那种旅行。事实上,该航天机构的科学家最近确定,利用当前正在开发的科技,一次载人登陆近地小行星的任务将是可行的。这次任务并非易事。两到三名机组人员将在狭小的航天器中度过数月,然后才能到达他们贫瘠、几乎没有重力的小行星目标。然而,即使考虑这种任务,也足以说明 NASA 下一代航天器的多功能性以及该机构对其的雄心。至少,这是一个信号,表明太空探索很快就会变得更加激动人心。
**小行星的吸引力
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这并非我们第一次前往小行星。多年来,我们一直通过无人探测器“访问”它们。2000 年,NASA 的“近地小行星考察者”(NEAR Shoemaker)号探测器抵达 433 Eros 小行星,该小行星在一个世纪前成为人类已知的第一颗近地小行星;五年后,日本的“隼鸟”(Hayabusa)号探测器成功登陆了 25143 Itokawa 小行星。
然而,无人探测器有其局限性。“近地小行星考察者”号和“隼鸟”号收集了大量数据,但我们仍然不清楚它们访问过的小行星的确切成分和内部结构。而且,尽管“隼鸟”号的设计是为了收集 Itokawa 小行星的两个小样本,但该探测器在 2010 年返回时不太可能带回任何实际样本。
然而,人类可能会更有效。“与机器人不同,我们可以实时适应环境。”NASA 约翰逊航天中心工程师、此次任务可行性研究的联合负责人之一 Rob Landis 说。“宇航员可以在几秒钟内做出这种判断。”
人类机组人员比机器人更智能地穿越小行星,更容易部署科学仪器、收集样本,并精确锁定最感兴趣的区域。“毫无疑问,在载人任务中,我们将比以往任何时候都更好地描绘小行星的特征,”行星学会项目主任 Bruce Betts 说。
确实需要进行大量描绘工作。虽然大多数小行星与地球保持安全距离(位于火星和木星之间约 1.9 亿英里宽的空间内),但木星的引力牵引,以及较少发生的星际碰撞,可以将这些天体踢入离地球异常接近的轨道。例如,直径 270 米的 99942 Apophis 小行星将于 2029 年以约 24,000 英里的近距离飞过地球,并可能在 2036 年直接撞击地球。
如果我们希望有任何能力偏转小行星,我们就需要比现在多了解它们很多。首先:它们究竟是什么组成的?“隼鸟”号的测量表明,Itokawa 小行星体积的 40% 是真空。如果某些小行星确实如此多孔,那么对于任何旨在摧毁或偏转近地天体的计划来说,这都是有用的信息。
然而,避免末日并非研究近地小行星的唯一原因。它们可能是未来深空探险的漂浮金矿。初步观测表明,一些小行星富含矿物质,而且更妙的是,还含有固态水——太空旅行者最宝贵的资源。如果能从小行星中提取水,不仅可以饮用,还可以分解成氧气供呼吸,以及氢气用作火箭燃料。“这可能是抵达火星的终极方式,”Landis 说。
**远远超出月球
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四十一年前,一家名为诺斯罗普(现诺斯罗普·格鲁曼)的公司的一位科学家提出使用月球火箭前往小行星。从某种意义上说,NASA 的最新计划与之类似;它也依赖于为月球旅行设计的航天器——即“星座”计划(Constellation program)中的飞行器,NASA 正在建造这些飞行器来替代航天飞机,然后前往月球及更远的地方。
虽然硬件相似,但小行星任务与月球之旅截然不同。事实上,小行星任务有一个明显的优势:目的地几乎可以忽略不计的重力意味着返回时需要的燃料更少。
然而,正是这种重力缺乏,意味着第一个到达小行星的人将无法“为全人类迈出巨大的一步”,也不会驾驶月球车。“你将穿着背包到处飞,”阿波罗 9 号宇航员、现任 B612 基金会主席 Rusty Schweickart 说,该基金会的任务是“在 2015 年前以可控的方式显著改变小行星的轨道”。宇航员可能通过遥控仪器在航天器内部探索小行星,或者他们可能通过将钩子发射到小行星上并把自己拉上去来固定航天器。
最大的后勤障碍是巨大的距离。前往 238,855 英里外的月球需要几天时间,但要覆盖我们与任何感兴趣的小行星之间长达 450 万英里的距离,将需要一个多月的时间。两到三名机组人员将在狭小的生活空间里待上数月。心理学实验和历史先例表明,孤立和无聊会使一个原本正常的人精神崩溃;NASA 将不得不找到一种方法,让前往小行星的船员保持精神健康。它还必须设法保护宇航员免受地球磁场保护范围之外的强烈宇宙辐射。
然而,最不祥的是,还有一个小麻烦:如果前往小行星的太空旅行者在那里遇到任何问题,几乎没有获救的机会。
**目的地:未知
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我们将访问哪些小行星?“你需要一颗轨道与地球轨道非常相似的小行星,”NASA 天体生物学研究所的高级科学家 David Morrison 说。“这样的情况并不多,所以我们将非常依赖于开展新的勘测。”理想目标小行星的直径至少要有几百米,旋转速度非常慢,每 10 小时或更长,并且有可能离地球太近而带来不适。科学家们估计,大约有 1,000 颗小行星符合这些标准——但我们尚未找到它们。
2005 年,国会责令 NASA 制定一项计划,到 2020 年底,探测、跟踪、编目和表征直径在 140 米及以上的所有近地天体(一个包含彗星和小行星的扩展类别)的 90%。然而,目前 NASA 没有足够的预算按时完成这项任务。
国会与 NASA 之间的互动引发了更实际的政治问题。美国总统乔治·W·布什政府的既定目标是到 2020 年启动一项“扩展”的月球任务,之后建立一个永久性的月球基地,作为飞往火星的跳板。然而,这一切在明年的选举后可能会发生变化。新政府可能会将人类太空探索的资金转移到其他许多项目中——例如,基于卫星的气候科学。“我认为,‘愿景’——布什政府的新人类太空探索时代计划——就其目前的形式而言,不太可能在选举后得以延续,即使是共和党人获胜,”火星学会主席 Robert Zubrin 说。
不过,一些专家认为,无论谁在 08 年获胜,“星座”计划都将继续推进;如果不行,航天飞机退役后,NASA 将没有任何航天器。虽然可行性研究并不意味着我们将很快前往小行星,但它确实告诉我们,如果我们决定去,我们就能到达。所以,如果我们有一天发现需要访问 99942 Apophis 小行星,以找到最佳方法使其脱离与地球的碰撞轨迹,或者如果我们为前往火星的宇航员需要一个加油站,我们可能就会有好运气。
Dawn Stover 是《PopSci》杂志的特约编辑。她住在华盛顿州的怀特萨蒙,在那里可以看到清晰的夜空。