宇航员到火星需要360天，如何让他们活着回来？（中）

昨天晚上，我顺手写了一篇《宇航员到火星需要360天，如何让他们活着回来？（上）》，文章中写道：

“据美国国家航天局的研究数据，往返一次火星，宇航员身体遭遇的辐射剂量大约是核电站或者核潜艇工作人员一年允许辐射剂量的15~20倍。核潜艇上的工作人员，他们的患癌几率比普通人增加了3%。”

前苏联核潜艇上的反应堆

为了保护宇航员的生命安全，就得找办法屏蔽宇宙射线的辐射。按照一般的思路，自然是飞船的外壁越厚越好。甚至有人想出了很新颖的方案，就是先捕捉一颗小行星，在小行星上挖洞，所有的宇航员和设备都隐藏在洞里面，然后再在小行星的外表面安装引擎装置，推动这颗小行星向目的地飞去。从理论上说，这个方案是可以成立的，宇航员们在小行星内部生活起居，确实可以不用担心再遭遇宇宙辐射了。但这个方案目前还不具备操作性。最主要的原因是这对推进技术的要求很高，我们还没有能力把小行星从一个地点推动到另外一个地点。技术专家估计，起码要到23世纪，我们才能实现这一目标。但我们已经确定要在21世纪以内实现登陆火星的宏图，显然是等不及的。但一旦以后推进技术成熟，利用小行星做宇宙飞船确实是一个天才的设计。

也许可以挖空小行星内部做宇宙飞船？

改造小行星飞船的计划我们姑且不论，还是谈谈如何利用21世纪的技术来保障宇航员安全的往返于地球与火星之间。为了实现这样的目标，我们得改造宇宙飞船的外壳。国际太空站的外壳材料为铝，因为这种金属非常轻，虽然仅有几毫米的厚度，但由于范艾伦辐射带的有效保护，就已经足以抵御绝大多数的宇宙辐射。但执行火星任务的飞船要面临的险情要复杂得多，必须寻找一种可以抵御宇宙辐射的材料。很多人想到了铅。在医院的放射治疗区，确实用铅来屏蔽宇宙辐射。但问题是铅的比重很大。铅是一种金属化学元素，元素符号Pb，原子序数为82，原子量为207.2，是原子量最大的非放射性元素。它是密度是11.3437 g/cm³。就目前的技术能力而言，运输物质到亚轨道需要耗费巨大的资料，也就是特别烧钱。美国的航天飞机每运输4.5升水到国际空间站，就要耗费85000美元。埃隆·马斯克的SpaceX公司可以提供更加廉价的方案，但每运输4.5升水到国际空间站，依然要花费11000~12000美元。如果是发射外壳材料为厚重铅金属的宇宙飞船，需要很多很多的钱。这显然不够经济。所以，一定要寻找到一个平衡点，不让飞船的整体质量过重，但又足以提供宇航员的安全保障。寻找一个比较轻的可以抵御、吸收宇宙辐射的物质，这就很重要。

国际空间站的内部景象

有些技术人员就想到了水，化学式为H₂O，是一种由氢、氧两种元素组成的常见的无机物。工程师们幻想，可以在飞船的内壁上安装一圈塑料水箱，往水箱内部注满水。安装计算，如果水箱的厚度为1.2~1.3米，差不多就可以满足需要，足以给宇航员们提供抵御宇宙辐射的安全屏障。当然，水也是有分量，运输这么多水上天也不便宜，但以后技术先进了，可以直接在太空中采取到水。除了水箱，燃料箱也可以给人类提供屏障。2005年，美国国家航天局做了一项研究，发现盛满液态氢的燃料箱对抵御宇宙辐射很有帮助。研究人员指出，钯这种金属可以吸收氢气后膨胀，适合制作为液态氢的燃料箱。可以用钯金属的燃料箱灌满液态氢，就是一个绝妙的辐射防护装置。然后，将一组这样的钯金属燃料箱包裹在飞船的外围，既能给飞船提供燃料，也可以做辐射防护伞，可谓一举两得。

从目前的技术能力来看，这是唯一可以在21世纪以内完成的改造。如果要在本世纪以内，甚至在本世纪的前30~40年内完成登陆火星的目标，大致上就是采用这样的防护技术。

但是，这始终是一个“笨”的办法。燃料箱的重量也是不小的，要往返于地球与火星之间，需要耗费巨量的燃料。按照土星五号使用的液氧液氢和煤油燃料，根据比例大概需要好几十亿吨。即使进行一系列压缩处理，依然是一个很大的数字。有人就提出了核聚变飞船。核聚变飞船，这是人类目前最有可能实现的飞船，它的优点是淘汰了低效的化学燃料，且动力是相当强劲，效率比传统化学燃料要高几十上百倍。不过，本世纪内我们能不能拥有这种技术还不好说。如果拥有了这样的核聚变技术，就得淘汰化学燃料箱，但那样又没有材料给我们提供抵御辐射的屏障。所以，科学家还在研究一些更加先进的屏蔽宇宙辐射的方案。这就是想办法在飞船的外壳形成某种电磁场。也就是类似于电影《星球大战》、《独立日》或者《方舟一号》中的“防护罩”技术。

《独立日》剧照

那么，这种利用电磁场形成的“防护罩”，真的可以为我们提供必要的防护手段吗？它真的可以保障宇航员平安地活着回到地球吗？关于这一个问题，我在下一篇文章里面再谈。

延伸阅读：

《宇航员到火星需要360天，如何让他们活着回来？（上）》

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作者：怀疑探索者