太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居

　　编辑推荐
★ 航天工程管理与测控技术专家、中国工程院院士沈荣骏，军委科技委创新特区领域首席科学家、原国家高技术（863）航天航空领域专家组组长袁建平教授专文推荐
★ 郑永春、毛新愿、大卫·布林等中外著名学者专家倾情推荐
★ NASA戈达德太空飞行中心资深作家克里斯托弗·万杰克又一力作
★ 系统回答了人类要想在月球、火星、小行星、木卫四、土卫六……这些星球上定居，将要面临的挑战，深入分析了人类离开地球的安全界限、实际挑战或合理动机
★ 人类探索太空的真正理由是什么？我们怎样才能成为一个多行星物种？马克·沃特尼能靠种土豆在火星上生存吗？宇航员在空间站里为何每天都要锻炼？一名宇航员在空间站待一天需要花多少钱？这本书都会告诉你答案
★ 《每日电讯报》2020年度推荐图书
权威推荐
《太空居民》是一部集科学知识普及与学术研究于一体的作品。它是一部科普图书，因为书中融入了大量的航天及宇宙太空知识，即便是中学生也能发现感兴趣的内容，从中汲取知识
和营养；它又是一部学术著作，因为它对人类为什么以及如何进入太空的许多问题进行了系统的归纳和论证，值得专业人士认真研读。
——沈荣骏 航天工程管理与测控技术专家、中国工程院院士
宇宙那么大，不想去看看？地球上的风景已经容纳不下今日地球人的眼界了。通过阅读这本书，你将对深空探测的发展历程和未来前景有更加清晰的认识，对太空旅居有更加深刻的理解。不久的将来，也许你就会成为太空旅行者中的一员！
——袁建平 西北工业大学教授 中央军委科技委创新特区领域首席科学家 原国家高技术（863）航天航空领域专家组组长
《太空居民》系统地分析和预测了人类征服太空面临的挑战。虽然太空环境一定会比地球更恶劣，但人类仍然会义无反顾地踏上征程。从进入太空，飞向月球，登陆火星，到最终成为宇宙公民。因为我们是智人的后代！
——郑永春 中国科学院国家天文台研究员、中国科普作家协会副理事长、卡尔·萨根奖获得者
本书先总结了人类已有的载人航天经验，还立志高远，设想了登陆小行星、火星乃至进入更远宇宙的太空生活细节。如果你渴望离开地球摇篮成为太空居民，不管你去哪里，它都能成为你口袋里的太空生活指南。希望人类的载人航天技术突破，能允许你我在有生之年用上它！
——毛新愿 中国航天科普大使、《下一站火星》作者
我们的太阳系是新的未来趋势吗？在本书中，您将了解一系列障碍，这些障碍使探索太空比探索大海或天空更加艰巨。然而，正如作者所指出的，我们似乎已经准备好迎接挑战。
——大卫·布林 天体物理学家、《末日邮差》作者
如果今年发生的事让你想彻底放弃这颗星球，此书则是对这一想法的可行性发起的挑战，也是令人愉快的调查……这本书应该送给所有未来的太空居民。
——《每日电讯报》

　　克里斯托弗·万杰克（Christopher Wanjek）著有《坏药》与《工作中的食物》等多部作品。他曾为《华盛顿邮报》《天空与望远镜》《天文学》《水星》与《生活科学》等杂志供稿500余篇。1998年至2006年间，万杰克是美国航空航天局戈达德太空飞行中心的资深资深撰稿人，其作品涵盖了宇宙结构和宇宙进化等多个方面。

封面
版权信息
前折页
文前辅文
文前彩插
文前辅文
推荐序一
推荐序二
译者的话
引言 发射之前
1 生活在地球
2 倒计时前的检查
3 生活在轨道
4 生活在月球
5 生活在小行星
6 生活在火星
7 生活在内外太阳系及无垠宇宙
后记 欢迎回家
扩展资料
致谢
图片版权
索引
后折页
封底

　　推荐序一
现代宇宙航行学奠基人康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基曾经说过：“地球是人类的摇篮，但是人类不能永远生活在摇篮里。”
克里斯托弗·万杰克所著的《太空居民》这本书，就是要告诉读者，人类为什么要离开地球，如何离开地球，以及如何在广漠的宇宙中克服重重困难、开拓新的生存空间。
人类为什么要离开地球？地球上的生命经过数十亿年的演化，已经完全适应了地球环境。或者更准确地说，地球上的生命是根据地球环境量身定制的。空气、水、阳光、温度、大气压力、重力、宇宙射线……任何元素出现变化，生命都会受到极大的威胁。全球变暖带来的气候变化、自然灾害以及物种消失，已经给人类敲响了警钟。然而，即便如此，与月球、火星、土卫六这些人们热衷移居的目的地相比，地球依然是最适合人类居住的家园。人口太多而资源太少、瘟疫、大规模核战争、小行星撞击地球、伽马射线暴冲击，这些人们常常给出的逃离地球的理由，作者一一予以了驳斥。最后，作者借助登山家马洛里的话给出了答案：因为它就在那里。
是的，宇宙就在那里！好奇心和探索的欲望驱使着人类征服宇宙，正如人类征服大海、天空一样，这是人的本能。
人类自远古时代，就对浩瀚的宇宙有着无尽的想象，对探索宇宙、了解宇宙有着不懈的追求。进入20世纪，随着科学技术的进步，人们借助月球、火星、金星等各类行星、小行星、卫星探测器，逐渐揭开宇宙神秘面纱的一角。
20世纪60年代末，美国人将宇航员送上了月球。受到这一成就的激励，人们曾经乐观地认为，人类不久就能踏足火星，甚至能大规模地在太空生活。然而半个多世纪过去了，人类距离登陆火星还有遥远的距离，所谓太空生活也仅限于几名宇航员待在空间站里，移民外太空依然只出现在科幻片中。
是什么限制了人类进入太空的步伐，作者给出了高成本、高风险、低投资回报率以及战争驱动力减弱等几个因素。
我认同作者的这一观点，即只有大幅降低进入太空的成本，提高太空活动的投资回报率，才会有更多的商业投资者愿意涉足航天领域或太空经济；只有当更多的商业投资者进入到航天领域，太空经济才会拥有良好的生态。人们甚至可以期待有朝一日乘火箭进入太空就像乘坐飞机一样成为日常，到太空工作、旅游、度假、娱乐就像在地球上一样方便。
就推动商业航天发展而言，美国国家航空航天局（NASA）的一些做法是值得借鉴的。正是NASA向商业航天企业开放了核心技术，并将自己的工作重心放到了无利可图的关键技术攻关上，才使得太空探索技术公司（SpaceX）这样一个成立不到20年的商业航天企业在如此短的时间里取得了巨大的成就。像SpaceX这样的商业航天企业，几乎涉及卫星和运载火箭研发制造、发射、测控和应用服务等方方面面。由政府主导的航天项目与商业航天并存，将成为未来航天发展的主流趋势。
当然，人类在进入太空的征程中还面临着许许多多的困难。没有了大气的保护，宇宙中充满了致命的高能粒子；没有了重力，人的健康会受到极大的危害；长期旅行途中，食物、水、空气怎么解决；在密闭狭小的空间里居住数月甚至数年，人的精神能否承受；……所有这些问题，必须一一解决，人类才有可能真正走向太空。
从书中可以看到，目前世界各地的科研人员已经在地球上做了很多研究和实验，模拟外太空的环境和生活。比如在南极洲的温室里培育植物，在潜艇以及其他人造的密闭、拥挤的环境中研究人的生理和心理变化，甚至在陆地上建立起与大自然完全隔离的、一切资源自给自足的小环境。作者对这些实验的情况一一进行了总结，其中许多经验教训值得我们吸取。
《太空居民》是一部集科学知识普及与学术研究于一体的作品。它是一部科普图书，因为书中融入了大量的航天及宇宙太空知识，即便是中学生也能发现感兴趣的内容，从中汲取知识和营养；它又是一部学术著作，因为它对人类为什么以及如何进入太空的许多问题进行了系统的归纳和论证，值得专业人士认真研读。
书中曾多次提到中国航天事业的发展成就，及其对当今世界航天发展的影响。可见，中国航天事业的发展已经引起西方世界的高度重视。当然其中的某些观点难免会不够客观，请读者在阅读中要注意分辨。
经过60多年的发展，中国航天事业积累了丰富的经验，形成了鲜明的中国特色：始终坚持科学地制定长远规划，并且一以贯之，按照规划一步一步向前推进。不积跬步，无以至千里，只要我们按照自己的能力和规划，一步步扎实地向前推进，不被他人太空竞赛的想法所干扰，中国的航天事业必将取得更大的成就。
沈荣骏
航天工程管理与测控技术专家
中国工程院院士

　　3 生活在轨道
在此我要违背所有写作老师的建议，用一个烦琐的数学公式开始本章：Δv=vexh ln（M0/M1）。嗯，那个三角形和那个卷曲的v什么意思？实际上，这是齐奥尔科夫斯基方程。它精彩描述了进入太空、在那里玩耍和停留所需要的条件。这个方程也说明了到达轨道有多么困难，是一个人们不愿面对的真相，一些工程师称之为火箭方程[1]中令人不快的必需品。
但首先我们必须了解进入轨道的困难：它可不是直接向空中发射东西那么简单。必须达到的能量、速度和精确度令人生畏。轨道意味着围绕一个物体运动的横向速度。如果速度太快，你就会离开轨道进入太空深处；而速度太慢，你又会掉回地面。困难在于，你不能像在陆地甚至是在空中那样轻易地刹车或微调速度。接近真空的太空 几乎没有阻力，运动中的物体会一直保持着运动状态。加速或减速都需要能量，燃烧精确数量的燃料，并将航天器推向精确的方向，以实现所需要的机动。如果要减速，就要点燃反方向发动机。对接是更大的挑战。ISS的轨道速度约为17150英里/小时。要与ISS对接，你的飞船需要至少以17151英里/小时的速度赶上它。你可能想走得更快。但是当你接近的时候，又需要减速，要把速度调整到刚刚好，就别奢望什么轻点刹车了。你只有一次机会把事情做好。如果ISS在影像资料里看起来静止不动，那是因为你的错觉，就像你以60英里/小时的速度在高速公路上行驶，而某人试图以61英里/小时的速度一点点接近你一样。以17150英里/小时的速度行驶，摇下车窗，从赶上你的人手里接过一杯咖啡，且滴水不漏。这就是在ISS上等待与飞船对接的感觉。
康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基（Konstantin Tsiolkovsky）是一位俄罗斯人，他推导出了火箭方程，并于1903年发表。他的惊人之处在于，作为一位自学成才的业余科学家，他用纸和铅笔计算出了轨道机动的正确精度。他计算出了将任何物体置于太阳系任何天体的轨道上所需要的速度，而不仅仅是地球。齐奥尔科夫斯基具备梦想家和隐士的性格特征。他沉迷于书籍，尤其是科幻小说。他10岁时得了猩红热，几乎完全失聪，后被拒绝入学。为了实现自己的梦想，他转而学习数学和物理，同时在一个叫作卡卢加的小镇的远郊做一名乡村教师，勉强维持着简朴的生活。这个小镇距莫斯科西南120英里，他居住的远郊当时还是一片未开垦的荒蛮之地。齐奥尔科夫斯基还构想了太空电梯，本章后面会讨论。另外，他还设计了20世纪飞船的原型。1935年，他默默无闻地死去。然而，10年后，苏联人在佩内明德陆军研究中心（Heeresversuchsanstalt Peenemünde）发现了齐奥尔科夫斯基关于太空飞行和火箭的德译本著作。这个秘密研究中心是纳粹在沃纳·冯·布劳恩（Wernher von Braun）的指导下研发V-2火箭的地方。现在，这本书在卡卢加的一家博物馆里展出，几乎每一页上都有冯·布劳恩本人的手写笔记。[2]
爱因斯坦与齐奥尔科夫斯基是同时代人，但两人并不认识。爱因斯坦在1915年定义了引力。从爱因斯坦的角度来看，要进入太空，我们首先要爬出地球产生的引力井。想象一下，如果你在一口浅井的底部，可以很容易地把一个球向上抛到井边。井越深，你就越难把球扔出井口。地球引力在时空结构中形成了一个非常深的井，或者叫凹陷，我们需要以1800米/秒或5马赫的速度扔出一个球，才能冲出大气层，到达约160千米或100英里的高度。这就是为什么要用火箭，实质上就是导弹，进入太空。