为什么光速到太阳要多久能源所需时间是至关重要的？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2023-10-16 12:36 标签： 光速到太阳要多久
艺术家对未来宇航员和火星上人类定居点的演绎。学分：美国宇航局在整个20世纪，已经提出了多项关于载人火星探索的建议。其中包括Werner von Braun的著名“火星计划”，Robert Zubrin和David Baker的“Mars Direct”任务架构，NASA的火星设计参考任务研究以及SpaceX的Mars & Beyond计划。到2033年，两个航天机构（NASA和CNSA）计划开始向这颗红色星球派遣机组人员和有效载荷。这些和其他太空机构设想在那里建立基地，最终可能导致永久定居点和第一批“火星人”。这带来了几个主要挑战，其中最重要的是与暴露于辐射、极端温度、沙尘暴、低大气压和低重力有关。然而，通过正确的战略和技术，这些挑战可以转化为增长和创新的机会。在最近的一篇论文中，莱顿大学的一名研究人员为火星定居点提供了路线图，该路线图利用了最新的技术进步，并提供了强调可持续性，效率和定居者福祉的解决方案。该提案来自莱顿大学莱顿高级计算机科学研究所（LIACS）助理教授Florian Neukart，也是瑞士量子技术开发商Terra Quantum AG的董事会成员。他的论文《迈向可持续地平线：火星殖民的综合蓝图》（Towards Sustainable Horizons： A Comprehensive Blueprint for Mars Colonization）的预印本最近被发布到arXiv预印本服务器上，目前正在由爱思唯尔（Elsevier）审查出版。计划的演变除了探索之外，自太空时代开始以来，已经提出了许多将火星转变为人类第二家园的建议。其中一些提案涉及地质工程（又名“地球化”），以使火星适合陆地生物居住。更重要的是，提案的历史反映了探索的历史和我们对这颗红色星球日益增长的理解。其他因素包括技术进步、科学发现以及社会经济和政治发展。正如Nuekart通过电子邮件解释的那样，最早的想法主要体现在科幻小说中。例子包括H.G. Wells的War of the Worlds，Edgar Rice Burroughs的Barsoon系列，Ray Bradbury的The Martian Chronicles，Arthur C. Clarke的The Sands of Mars，以及Robert A. Heinlein的Red Planet和Stranger in a Strange Land。这些书描绘火星的科学准确性有限，反映了当时人们对火星的普遍看法。这包括Schiaperelli的地图（包括火星“运河”）和Percival Lowell对火星文明的推测。他们还受到地球上政治事件的影响，这些事件导致了仇外心理、文明衰落和环境问题。然而，随着太空时代的到来，情况开始发生变化，机器人探索消除了古老的神话，并导致了关于火星过去和现在的重大发现。正如Nuekart所解释的那样：“20世纪下半叶和21世纪初标志着各种机器人任务在火星上的部署，例如维京计划，勇气号，机遇号和好奇号等漫游车，以及火星奥德赛等轨道飞行器。这些任务提供了宝贵的火星地质、气候和潜在的可居住性数据。2000年后，关于火星的讨论越来越倾向于人类的探索和定居。“这些战略需要利用原位资源，了解对宇航员的潜在健康影响，并开发必要的技术来支持火星上的人类生活。最近的时代也见证了SpaceX等私人实体对火星定居计划的迅速参与。埃隆·马斯克（Elon Musk）的愿景是使人类成为一个多行星物种，特别强调在火星上建立一座城市，这为火星相关技术带来了新的视角和重大投资。今天，为火星探索做出贡献的航天机构比以往任何时候都多。虽然20世纪只有美国宇航局和苏联向这颗红色星球派遣任务，但在过去的二十年中，欧盟，中国，印度和阿拉伯联合酋长国派出了新的任务。这有助于人们越来越认识到，火星定居点很可能是一项基于伙伴关系和合作而不是竞争的国际努力。正如Nuekert所补充的那样，我们日益增长的气候意识对规划产生了明显的影响：“最近的计划更加强调可持续性，确保火星定居点自给自足，并且对地球补给的依赖最小。这包括考虑闭环生命支持系统、就地资源利用和居民的心理可持续性。火星定居计划在这些阶段已经从投机和主要基于科幻小说的想法演变为植根于实际数据和不断发展的技术能力的更具体、科学知情和技术上可行的概念。随着我们的进步，计划继续变得更加精细，务实，并包含各种科学，社会和道德考虑。挑战为了分解它，在火星上建立人类定居点的挑战包括我们两个星球之间的遥远距离，这意味着补给任务将不频繁，通信将遇到延迟问题。发射窗口将限制为每26个月一次，恰逢火星和地球彼此最接近（火星冲日），凌日将需要长达九个月的时间。除此之外，还有人为因素，正如诺伊卡特所指出的）是无数的：对火星环境的生理适应：心理和情绪健康：社会和人际关系动态：人力绩效和工作负载管理：栖息地设计和可用性：健康与医疗管理：文化和道德考虑：我们能做什么？解决将人类送上火星和建立我们文明前哨的挑战在历史上导致了一些有趣的解决方案。这里的事情也在历史上发生了变化，反映了我们对火星气候和环境日益增长的认识，但大部分动力保持不变。“确保在火星上建立人类存在的可行性和可持续性需要一种多学科方法，将各个科学和工程领域的进步协同结合起来，”Neukart说。“创新必须迎合技术领域的恶劣火星环境，促进人类生存和生产力。自1990年代以来，提案一直强调需要就地资源利用（ISRU），以尽量减少从地球运输的用品和建筑材料的数量。还致力于创建闭环系统，以最大限度地提高资源利用率，最大限度地减少浪费，并自给自足。为此，研究人员正在寻找受自然启发的生物再生生命支持系统（BLSS），即它们依赖于有机成分，如藻类、微生物或人工光合作用。努克特说：“实现这一目标涉及改进技术，使栖息地内的资源能够有效回收和再利用，并最大限度地减少对地球供应的依赖。从更广泛的角度来看，一个能够预测潜在危机并提供强有力的缓解和适应战略的全面风险管理框架至关重要。这包括开发技术和协议来管理不可预见的挑战，无论是技术故障、医疗紧急情况还是资源短缺。当然，在解决这些挑战之前，需要进行一些技术发展。至于这些是什么，Nuekart强调了以下几点：稳健的技术开发：高级太空旅行：原位资源利用：宇航员健康与安全：科学探索与理解：社会心理准备：物流规划：全球协作：社会和文化方面：值得吗？这个问题是任何重大事业的基础，必须在考虑和解决所有挑战之前（和之后）提出这个问题。就像在火星上探索和建立永久性基础设施的建议一样，已经给出了许多理由来解释为什么风险是可以接受的，而努力是值得的。正如Nuekart在他的论文中所说，这些范围从确保我们生存的需要到它将实现的科学突破。然而，永久定居火星的过程充满了挑战和危险。但正如火星定居的支持者所争辩的那样，这些相同的危害代表了创新、发展和我们作为一个物种和文明成长的机会。“火星上的潜在定居点具有许多好处，值得承担各种风险和挑战。这些好处，除其他外，有助于阐明为什么尽管存在固有的风险和挑战，但追求火星定居仍能引起全球政府和私人实体的兴趣和投资。这项努力不仅仅是为了在另一个星球上建立人类的存在，而且我也看到了那里的旅程所促进的进步、知识和协作努力，“诺伊卡特说。更多信息：弗洛里安·诺伊卡特，《迈向可持续地平线：火星殖民的综合蓝图》，arXiv（2023）。DOI： 10.48550/arxiv.2309.16806

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