DAOrayaki |现代技术如何实现火星移民

DAOrayaki |现代技术如何实现火星移民

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资助地址:  DAOrayaki.eth

投票进展:DAO Reviewer  1/0 通 过

赏金总量:40 USD

研究种类:Space Exploration, Life on Mars, Mars Immigration

原文作者:   Piotr Makowski

创作者:SueT@DAOrayaki.org

审核者:Heyyawn@DAOrayaki.org

原文:  Life on Mars, or how modern technology can enable the colonization of Mars.

宇宙总是让人着迷,它是一个巨大的未知数,难以用理性去把握。同时,它危险又迷人,对于宇宙的探索只是时间和可能性的问题。

我们很幸运,生活在现代科技伴随我们日常生活的时代,我们早已习惯了这些现代科技,以至于我们不怎么关注它,把它当作理所应当的东西。同时,在日常与技术打交道时,我们甚至没有意识到它在各个领域是多么的先进。以前面提到的太空探索为例。在许多方面与地球最接近的行星之一是火星,而且看起来的情况相反,关于将人类代表送上火星定居这件事,我们比我们想象得走得更远,更接近能实现的程度。尽管在人类定居这颗红色星球的道路上仍有许多障碍和困难,但其中许多已经完全或部分解决。因此,如果你认为人类在火星上生存是完全不可能的,那你就错了。现在,多亏了各领域科学家和专家的努力,我们已经有了许多工具和技术,使我们更接近于实现把人送到太阳系的邻近星球。因此,载人火星任务正变得越来越真实——载人发射只是一个时间问题,并不像大多数人认为的那么遥远。

为什么是火星?

在我们讨论当今使载人任务或定居火星成为可能的技术实例之前,我们有必有问一个问题:为什么是这个星球?这个问题的答案很简单——主要原因是距离。众所周知,地球是从我们系统的中心恒星(即太阳)算起的第三颗行星。因此,当我们尝试研究并居住在其他行星上时,我们将从最接近的可能物体开始,这是合乎逻辑的。就我们而言,它们首先是金星和火星。然而,简单地说,金星已经被排除在外。为什么呢?有很多原因,主要与这个星球的不利特征有关,比如周围的硫酸云,比地球大92倍的大气压力,或者是从 -220 到甚至 460 摄氏度的温度。然而,这些只是金星不是人类最佳太空旅行目的地的最初几个原因,由于目前存在的热能解决方案,我们能够对其进行弥补。因此,总的来说,使用适当的技术及处理,火星对人类定居来说是最合适的。

今天的技术,允许人类在未来出现在火星上

就移民,以及人类访问火星而言,主要问题是我们是否有合适的工具。如前所述,我们已经有大量的解决方案,在某种程度上已经有利于载人火星任务。最好的证明是,美国航天局(NASA)计划在 10 年内向红色星球派遣首次载人航天任务。另一方面,如果没有足够的资源,这样的计划甚至不会开始。然而,访问火星是一回事,在这个星球上的长期停留则要求更高。这方面的重要科学之一是 textronics,它现在是一个非常发达的领域。

用最简单的话来说,它是一种允许对材料进行修改以使其获得特定特征和性能的技术。然而,这不仅适用于可穿戴设备,它们也将在火星定居中发挥作用,例如,保护人们免受火星上不利天气条件的影响。用于建造功能性建筑的材料也同样重要,因为人们将不得不面对一系列地球上不存在的挑战。这就是为什么在红色星球上使用的所有材料都要经过改进并适应这些独特的需求,这一点非常重要。幸运的是,正如已经提到的,textronics 处于一个非常高的水平,其中一个例子是创建加固的和更有抵抗力的建筑结构。反过来,基于这种技术的衣服也越来越智能,可以消除有害因素,如极低的温度,更不用说抵抗机械损伤。

另一个高度发达的科学领域对移民火星的计划也具有重要意义,那就是纳米技术。定居和创建允许人们长期定居在红色星球上的基础设施需要大量的材料和资源。在如此长的距离以及使用太空火箭的运输可能性是有限的。因此,重要的是要完美地规划所有将被运送到邻近星球的货物。由于空间狭小,所以合理使用很重要,纳米技术可以帮助其实现。这门科学的基础是以纳米技术(即非常小的尺寸)来创建设备。一般来说,单个元素越小,留给其他资源的空间就越大。这种小型但多功能的设备的一个例子是机器人蜜蜂。为了更有效地研究火星表面,美国宇航局已经与来自世界各地的科学家合作开发由人工智能控制的“蜂群”机器人蜜蜂。

然而,这种类型的机器也被人们用于其他目的,也在太空中使用。由于其便利性,机器人蜜蜂目前在国际空间站(ISS)上也被用来清点资源或记录宇航员的工作,从而提高其效率。它们还可以作为授粉无人机帮助未来的粮食作物,这已经在地球上发生。

谈到食物,显然这是在火星上长期活动最重要的方面之一。与空间站的宇航员一样,火星任务也将提供改良食品,以供在太空食用。然而,到火星比到围绕地球运行的站点要远得多,所以应该考虑到进一步供应的困难和这种项目的成本。因此,人类正在开发直接在火星上种植食物的方法。此外,这类类型的研究已经取得了切实的成果。不是所有人都了解太空中的一切,这也可能成为问题,例如因为水在微重力下的表现与地球上的不一样,所以如何给植物浇水成为一个问题。目前人类也在进行这方面的研究,由于科学家们的努力,已经开发出一种先进的灌溉系统,促进了外星条件下的整个过程。该项目的名称是 PONDS,不仅允许设计一种新的植物灌溉方法,还允许通过新物种扩展作物。到目前为止,重点主要放在绿叶植物上,比如莴苣,因为它们对水分的要求不高。反过来,新的解决方案将允许连续种植需要更多水的植物。

另一个有趣的项目由内华达大学的 Elisabeth M. Hausrath 领导。事实证明,某种类型的雪藻适应了与火星相似的条件,即无需太多营养价值。尽管这方面的工作仍处于早期阶段,但预测认为,为在火星上种植这些植物创造合适的条件将不会构成任何重大问题。主要是由于它们的特异性,这额外增加了该解决方案的价值。更重要的是,雪藻不仅可以用于生产食物,还可以用于生产氧气,这是人类生存的另一个必要元素。

图片来源:来自 UnsplashPlanet Volumes

氧气的生产不必也不应该仅仅依赖于植物育种,因为它会带来很多风险。然而,氧气已经可以在火星上产生。是不是觉得不可思议?是的,今年毅力号探测器进行了第一个这样的程序。该装置将火星上占主导地位的二氧化碳分解为其组成部分。这样,即使是一个在这方面不那么先进的设备(针对许多不同的测试编程,所以不只专注于这个主题),在这个过程中也产生了足够一个人呼吸 10 分钟的氧气。这意味着使用更复杂的结构来产生氧气可以产生切实且非常令人满意的结果。

当我们能够为火星载人任务提供安全的住所、食物和氧气时,我们还有两个更重要的问题。首先是连通性。它不再像以前那样是一个巨大的挑战,例如,位于火星上的设备与地面任务服务之间的通信就证明了这一点。然而,在地球本身,将有必要建立一个无线数据传输基础设施。由于火星上的条件,这不是一件容易的事,但也不是不可能的。 美国国家航空航天局和诺基亚已经签署了在月球上创建此类项目的合同,类似的网络也可以在其他行星上实施,例如火星。

最后但同样重要的是,火星对人类简直“有毒“。 这听起来很奇怪,但火星土壤中含有大量高氯酸盐,即地球上偶尔出现的化合物,用于生产燃料。然而,这些物质对人类有毒,并能渗透到土壤、水和农作物中,鉴于它们在红色星球上的普遍性,这将成为阻碍火星移民的一个很大的阻力。但是,这也有方法解决,因为人类最近开发了一种催化剂来去除土壤和水中的高氯酸盐。这对科学家来说无疑是一个胜利,这不仅有助于在地球上对抗污染,而且还能让人们在未来的火星上工作。

图片来源:来自 UnsplashSIMON LEE

问题很多,但也有解决方案

上面的例子只是已经存在的技术中相当具有代表性的一部分,它可以让人们至少在一定程度上留在火星上。正如你所看到的,我们的物种在那里生存,甚至运作,看起来并不是什么巨大的问题。那么这方面在技术和工艺方面最麻烦的是什么?好吧,就是运输和旅行本身。每天我们都听说有新的设备送入太空,以及载人任务或将货物运送到地球周围的空间站。那么,我们似乎已经拥有足够的太空旅行和运输能力。至于目前可用的火箭及其推进器,以及载人太空舱,近年来这一领域的进展是巨大的。最好的例子是已经提到的私营公司,例如 Origin 或 SpaceX,它们不仅仅向美国宇航局这样的大型组织提供商业化的高级运载设施和技术。

然而,就火星而言,事情并没有那么简单,而这一切都不是因为缺乏适当的技术。问题在于从地球到火星再返回的飞行距离和时间。以目前的技术,这样的单程飞行将需要超过半年的时间(例如,这就是 2021 年初登陆火星的“毅力号”探测器的持续时间)。人类在地球上的任务(或为这样的任务做准备)还存在巨大的后勤问题。这不仅需要规划,还需要大量的设备——在第一个航天器到达目的地之前,可能至少应该在不同的时间距离发送几个航天器。毕竟,如果只是因为运输空间有限,不可能通过每六个月发送一次航天器来建立基地并确保必要产品的持续供应。由于显而易见的原因,提供足够数量的最先进的空间飞行器将非常昂贵。在节省驱动器本身的成本方面也没有改善。目前,满足行星际旅行所有要求的火箭和太空舱的推进燃料的生产成本非常非常高。

图片来源:来自 UnsplashDaniele Colucci

问题和解决方案

尽管人类想要实现在火星上居住,还有很长的路要走,但部署火星载人任务所需的时间已经越来越短。当然,还有很多未知的领域需要探索,需要为许多潜在的问题做准备,很多大大小小的工具需要开发,其中不乏一些已有的工具,它们帮助我们离目标越来越近。当然,实现的速度不仅取决于可行性,也取决于火星移民的盈利能力,尽管前景大好,但保证收益大于成本也是十分重要的。目前,执行火星载人任务所需的资金是巨大的,正如前文所说,其中很大一部分用于星际飞行,即燃料和创造足够数量的高质量装备。

这个问题也没有停滞不前,因为多年来一直在进行相关的研究,为了开发更便宜,效率不低于当下火箭燃料的替代品。谈到太空火箭,SpaceX 在多个任务中重复使用单个火箭模块(重点是推进元件)这一领域走在前列,这要归功于它们的海洋发射回收技术。另一方面,从技术和电热元件角度来看,回收是合理化支出的最佳形式之一,绝对不应该在技术和电热元件生产方面节约成本。

如你所见,电影中描述的火星移民不再是一种虚构,而是一种真实的视角。为了实现这一目标,我们已经努力克服了许多障碍,并且正在攻克更多难题,目前主要在解决载人和货运后勤的质变飞跃,并降低火星任务的成本。当这一切取得成功时,通向火星的定居之路将被打开。只有我们的想象力能限制火星移民的潜力和前景,所以不存在任何限制。


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