本报记者 刘 霞 综合外电

    自己动手 丰衣足食

    去年8月份，生菜成了英雄。据国外媒体报道，8月11日，生活在国际空间站内的宇航员们首次品尝了他们在太空种植出来的生菜。科学家们把这一口舌尖上的味道，看作是载人飞船前往火星迈出的重要一步。能吃到在空间站里长出的生菜，让美国国家航空航天局（NASA）的宇航员们感到非常不一般。这次长出来的红生菜，由此前“龙”飞船送入空间站，这些蔬菜生长在一个特殊的“蔬菜盒子”里，这个盒子是由位于美国威斯康星的麦迪逊轨道技术中心设计的。

    生菜的种子被撒放在用于生根发芽的垫层上，垫层由土壤和化肥组成。由于在太空不能给蔬菜浇水，所以在垫层的底部设计有特殊的灌溉系统。每一个“蔬菜盒子”重约7公斤，可以折叠，也可以拉伸。这个盒子还安装了红绿蓝三色的LED灯来促进蔬菜成长。

    NASA表示，从2014年5月开始，国际空间站就开始了种植蔬菜的实验，如果探索太空的宇航员能在飞离地球后自己种菜吃的话，他们可能就会更好地应对严酷的太空探险，而这些探险任务将耗时数月甚至数年。想要给火星定期提供补给的可能性是不存在的，宇航员想要在航行中生存下来，就必须自己种出吃的来。

    随着技术的不断进步，在太空种植一些植物已非常高效。目前，科学家们正在研究在太空种植一种只有2米左右的转基因矮李树。不过，蛋白质、脂肪以及碳水化合物可能需要更多样化的来源，比如西红柿和花生等。

    但如果水用光的话，所有这些努力都将打水漂。在国际空间站，尿—水回收系统需要定时修理，而且执行跨星际任务的宇航员们无法重新获得新零件。在此情况下，转基因生物可能会发挥作用。NASA阿姆斯研究中心的工程师迈克尔·弗林正在研究一种由转基因细菌组成的滤水器，这套滤水器的工作原理，类似于人体小肠回收喝进去的东西。弗林说：“基本上，拥有75岁到80岁寿命的人体本身就是一个水回收系统。”这种过滤设备就像人的内脏一样，可能会持续不断地自给自足。

    人造重力对抗失重

    NASA早期研究发现，太空环境会损害宇航员视力，这正是人类登上火星需要克服的巨大障碍。另据国外媒体今年2月报道，美国科学家研究发现，那些在太空长达数月的宇航员，其身体机能会变得如同80岁老人一样虚弱。美国研究人员对国际空间站宇航员的肌肉组织分析后发现，在太空时间超过6个月，宇航员的身体机能水平下降约40%，这相当于宇航员的肌肉强度从30岁至50岁的水平，降至人类80岁左右的水平。

    除此之外，最新实验表明，行星际以上级别的空间飞行甚至会威胁人体免疫系统，使红血细胞爆炸、肾脏不堪重负、心脏变得更加接近球形，由超声心动图所探测到的改变提示，心肌收缩力会减弱。在宇宙空间飞行途中，宇航员很难维持良好的生理机能平衡，会出现睡眠时间减少，心脏血管的血液供应量放缓，更不用说肠胃胀气等问题了。除了这些之外，宇航员还将面对眩晕、困乏无力等空间飞行病症。NASA生物学家沙美娜·巴塔查亚的最新实验和过去半个世纪科学家们进行的研究显示，空间疾病的诱导因素归咎于太空的零重力环境。

    最新研究显示，尽管国际空间站上会设置供宇航员定期锻炼的设备，但这并不能阻止身体机能的持续恶化。由此看来，人类还没进化出可以适应空间飞行的机体，科学家们也正在弄清楚失重会导致哪些不良病症。然而，如果人类前往火星、木星、土星或者其他天体卫星群，我们就应该找到解决空间疾病的途径，科学家们认为，人造重力有望解决所有上述问题。在《2001：太空漫游》这部电影中，宇航员在环形飞船中慢跑，这就是人造重力场的情景。

    前宇航员劳伦斯·杨格正在自己位于麻省理工学院（MIT）的实验室测试人造离心机：志愿者位于一个平台的两边，在整个装置旋转期间，他们会脚踏一个固定的轮子，得到的力会拉志愿者的脚，就像重力一样，只不过这有点笨拙。然而，杨格的机器太小了，使用时间不能超过一小时或一天不超过两次。于是，为了获得一周7天、一天24小时持续不间断的重力，整个宇宙飞船必须成为一个离心机。一个不断自我旋转的宇宙飞船可能就像一个拥有两个卧室的哑铃。

    任何一种在太空中旋转的环形结构，都具有产生模拟重力环境的能力，这种人造重力场空间站的体积也较大，可容纳约12至50名宇航员，拥有单独的个人舱室，配备了桌子和舒适的椅子，甚至还有医务室。事实上，这些空间站设计与“鹦鹉螺-X”计划相似，这是一种多任务的空间探索飞行器，该计划由NASA于2011年提出。“鹦鹉螺-X”计划设计载人为6名宇航员，外形与空间站类似，配备了大型太阳能电池板和一系列相互连接的节点舱。其主要特征是拥有一个更大的空心旋转轮，外形上酷似自行车的内胎，由一系列连接环与充气式的太空船组合而成。这一设计理念被称为“充气式空间站”，目前，毕格罗宇航公司正在设计研制这样的空间站，预计几年后可以安装到国际空间站上进行测试。

    3D打印大有可为

    当太空大篷车从地球起飞，他们将带着很多供给离开，但还是无法将所有物品带全，而且，将地球上的物体发射到太空中，这个方法成本极高，每一克太空货物的“邮费”都价格不菲。人类志在深入探索太空，要在太空中生存，迟早需要有能力摆脱地球，在太空中获取或者生产所需部件。

    幸运的是，太空远非不毛之地。英国伦敦大学伯贝克学院的行星科学家伊恩·克劳福德说：“每个星球都拥有一些独特的化学元素。比如，月球拥有很多铝；而火星则富含二氧化硅和氧化铁。另外，近地小行星富含碳、铂矿和水，一旦科学家们弄清楚如何开采这些物质，这些星球有可能成为人类的原料补给站。”

    克劳福德也指出，如果起爆器和钻孔机太重而无法运送到这些地方的话，科学家们将不得不采用更温和的技术来提取这些财富，如采用融化的办法或者使用磁铁甚至能消化金属的细菌等等。现在，NASA正将目光投向3D打印技术。

    据英国广播公司（BBC）报道，一部3D打印机已被送往国际空间站，成为有史以来人类送往太空中的第一个生产设备。在NASA拨款2000万美元的支持下，创业科技公司“太空制造”负责研发这款3D打印机。它随着6名航天员飞上国际空间站，在太空中制造零部件。如果所需部件体积过于庞大，“太空制造”会一块一块分开打印，最后再让机器人在太空中将其组装成为超大部件。

    截至目前，NASA一般通过“类似折纸”的方式把超大部件送上太空。这些部件在地球上制造，再折叠起来，发送到太空中，进入轨道之后，打开、安装、就位。有了“太空制造”的3D打印设备，人类太空探索中所遇到的后勤困扰将大为减轻，不再依赖火箭发射也意味着成本的显著削减。与此同时，科研人员还打算在太空中，比如在月球和火星上寻找原材料，用它们进行3D打印，制造部件。

    机器人是好“朋友”

    在人类统治地球的过程中，狗是我们亲密的同盟，给我们提供了很多帮助，但它们在火星上的生存能力和人类一样。为了探索宇宙新世界，我们需要另一个最好的朋友：机器人。NASA旗下的喷气推进实验室（JPL）曾表示，太空任务本身就被划分成两类：一类是人力可以完成的任务；另外一些就得靠机器人来完成了。

    其中，最负盛名的当属“好奇”号火星探测车，它是NASA研发的第三代火星探测车，也是迄今为止最昂贵的火星探测项目。这台火星探测车利用核热能驱动，2012年在火星表面着落，负责勘探和分析火星地表岩石样本，寻找一切有助于人类殖民火星的有利条件。正是“好奇”号火星探测车发现火星上曾经有湖泊。

    另外，还包括仿真机器人Robonaut 2（R2）。R2是美国研制的世界上首个仿真太空机器人，刚开始它没有双腿，但却拥有和人类一样的灵巧手指，头部还有高清摄像头，可以在国际空间站内协助宇航员完成枯燥、重复或者危险的任务。2011年起，R2就开始在国际空间站服役，与宇航员一起工作。后来，NASA的科学家们希望，R2能帮助宇航员完成太空行走任务，执行空间站的维护以及科学实验工作。于是，在2014年，他们终于给R2装上了双腿！

    此外，由加拿大太空局研发的轨道机器人德克斯特目前被用于国际空间站的维护工作，它的作用有点像是迪士尼动画短片《电焊工波力（Burn-E）》里的机器人波力。德克斯特拥有一对机械臂，每只手臂有7个关节，可以安装内置管钳、摄像机和探照灯，可由宇航员或者是地面控制人员进行操控。德克斯特的主要职责是替换老旧部件和电池。

    据英国《每日邮报》最新报道，由于宇航员在太空作业存在危险性，俄罗斯计划派遣机器人抵达国际空间站替代宇航员工作。目前，俄罗斯共研制了两款太空机器人，一款是类似人形的“费奥多机器人”，它拥有两个机械手臂，在监督管理和自动模式下进行任务处理。操作者穿着一个特殊装置，可以将人类行为转变为机器人操作。另一款机器人原型用于复制人类行为，它能够远程控制或者使用软件系统操控，工程师还设计了一款军用外骨骼原型，可提供宇航员的力量。

    这并不是首次研制人形太空机器人，2015年中国航天科技集团公布了一款机器人，其外部材质为红色和金色金属，外形颇似“钢铁侠”。此外，该机器人还有一个“发光徽章”，与科幻电影《星际迷航》中的方舟反应堆相似。

    曲速引擎或让梦想变现实

    迄今人类制造的最快设备是NASA在1976年1月15日发射的“太阳神2号（Helios 2）”探测器，它于当年4月17日抵达环日轨道并对太阳展开研究，飞行速度高达每小时15.7万英里（约25万公里），这几乎比一颗子弹快100倍。它现在已经寿终正寝了，但即使以这样的速度，想要到达地球最近的邻居恒星——距离地球4.4光年的半人马座阿尔法星，也需要1.9万年，这需要几代人努力才能实现。

    为了提前完成任务，人类需要大量能量，并为此提出了很多大胆的假设和方法。或许人们可以在制造出核聚变发动机后，在木星上采矿从而获得足够多的氦-3来为核聚变提供燃料。另外，让物质和反物质发生湮灭提供能量的方法或许更有发展空间，但粉碎这些粒子非常危险。NASA先进概念办公室主要研究一些疯狂的星际飞船项目，其技术主管莱斯·约翰逊说：“你从来没有想过在地球上做这些事情，但你可以在深空做，即便发生事故，也不会毁灭大陆。”这太暴烈了？那么，利用太阳能怎么样？如果利用太阳能，你需要的是一片德克萨斯州大小的光帆。

    1924年，俄国航天事业的先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和同事弗里德里希·灿德尔明确提出，“用照到很薄的巨大反射镜上的阳光所产生的推力获得宇宙速度”。正是灿德尔首先提出的太阳帆——一种包在硬质塑料上的超薄金属帆的设想，成为今天建造太阳帆的基础。太阳帆飞船靠阳光漫游太空，不携带燃料并一直加速，是目前唯一可能乘载人类到达太阳系以外星系的航天器。2014年7月，美国行星协会展示了一款太阳帆，可以通过搜集太阳能使飞船运行。

    更优雅的办法是用物理学破解宇宙的源代码，借助其提供的力量让人类飞行，其中一个概念就是曲率驱动。1994年，墨西哥物理学家明戈·阿尔库贝利首次提出了现实生活中曲率驱动的概念。他所设计的曲率驱动概念包括一个足球形状的飞船，其周围是一圈大型的环状结构。宇宙的空间并不是平坦的，而是存在着曲率（曲率为半径的倒数，曲率越大半径越小），如果把宇宙的整体想象为一张大膜，这张膜的表面是弧形的，整张膜甚至可能是一个封闭的肥皂泡。虽然膜的局部看似平面，但空间曲率还是无处不在。一艘处于太空中的飞船，如果能够利用某种方式把它后面的一部分空间烫平，减小其曲率，那么飞船就会被前方曲率更大的空间拉过去，这就是曲率驱动。

    去年5月份，外媒曾报道说，NASA正在测试曲速引擎，4小时到月球不是梦。不过，据太空网报道，NASA的官员现在强调，目前他们还没能达到开发出一个无燃油、超光速推进系统的程度。

    至于曲速引擎是否违背物理学定律，有科学家称，其原理是操纵空间，利用空间扭曲实现光速旅行，所以不违背爱因斯坦相对论。发明者也解释道，曲速引擎主要基于电磁驱动理论，依靠引擎内部腔室跳动的微波。

    不过，反对的声音也不少。天体物理学家布莱恩·寇博雷恩说：“这种新型推进器似乎能产生比它所拥有的更多能量，这违反了牛顿第三定律。”后来他又提到，也许引擎内部腔室的电磁泄漏或与地球磁场的耦合能够为其提供可能的解释。因为NASA的神秘，这一切都还是未知数。

    人类还需要更多像爱因斯坦一样的科学家来研究诸如大型强子对撞机（LHC）之类的领域来解决这些理论难题。约翰逊说：“我们完全有可能取得一个可以改变一切的重大发现，但我们不能指望这个突破来挽救一切。我们还需要给NASA、给粒子物理学家们更多的资金支持。到那时，地球周围的太空会有很多像‘太阳神2号’一样的航天器，围绕着同一颗恒星进行毫无意义的竞赛。”

    主动出击而非被逼无奈

    数十年前，科幻作家金·斯坦利·罗宾逊撰写的《火星三部曲》描述了一个未来火星乌托邦，那时，地球人口超载，一些科学家前往火星建造了这样一个乌托邦。他的火星三部曲为殖民太阳系提供了一个强有力的案例，但实际情况是，除了科学意义，我们还有什么其他理由前往太空呢？

    据英国《每日邮报》今年年初报道，天文学家宣称，尽管目前已经发现了大量系外行星，但发现外星人的概率却几乎为零，地球人类很可能是宇宙中唯一的智慧生命！NASA的科学家指出，迄今发现的500颗系外行星中多数由于距离恒星太近，不具备孕育生命的条件，这些行星不是表面温度过于炽热，就是过于冰冷，或者表面温度变化幅度太大。

    太空探索是一个庞大的、危险的、野心勃勃的、甚至可能无法完全实现的任务，但自古以来，没有什么能阻挡人类探索未知的步伐。