js3311com金沙网站瑞士科学家设计出未来火星自我维持研究基地

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  怎样把太阳能电站的电能传送给空间工业用户和地球,是建设空间太阳能电站的关键问题。早在1968年,科学家就设想,在宇宙空间的太阳能电站,聚集大量阳光,利用光电转换产生直流电,并通过相应的装置将直流电变换成微波,以微波波束的形式传输到太空用户或者传输到地球上,用户接收站又将微波能量再转换成相应的电能,联人用户供电网络。由于微波能顺利通过云雾和烟等,每天向地球输电时间不受任何限制。而在空间没有重力并且真空,太阳电池帆板可以做得很大,微波器件无需严格密封,而微波电能的定向发射和接收,对环境危害较小。虽然微波的放射性也是一种污染,但和煤与石油对大气的污染,以及和核电站可能产生的放射性等类污染相比,几乎可以说是微不足道的。空间太阳能电站的优势还在于它不必使用煤、石油等不可更新的自然资源。

美国早在2009年就发射了用于月球基地选址的“月球勘测轨道器”,它是目前最先进的月球轨道器,今年还多次拍摄到了我国嫦娥4号着陆器和玉兔2号月球车。

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  第三阶段目标:发展主要生产设备,并且每年向地球同步轨道和其他地方输出10万吨产品而继续扩大有关设施。这可能要相当一段历史时期。

准备工作十分重要

据科学家称,研究基地将由三个不同的模块构成。基地的主要固定装置包括一个高12.5米,直径5米的核心铁芯。科学家们把它称为“最小生活空间”,可以容纳所有重要的材料和物品。

  不论太空城镇将会按何种方案、布局建造,一定会伴随太空工业的兴起同时建设;开始规模也许较小,随着空间工业规模不断扩大,居民区也同时会发展。

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此项研究的多步骤计划包括将机器人送到火星建造基地,收集利用红色星球的自然资源,并最终派遣航天员在那里生活至少9个月。与其他之前已经提出的理论一样,EPFL的科学家们认为,人类最有可能在火星北极成功建立基地,因为火星的两极含有重要的自然资源,适合维持人类生命。他们设想研究基地在未来可以支持人类殖民,这也将在未来几代人中得到发展。

  空间技术的迅速发展,导致人类外空活动的日益扩大,已经把建造大型航天站、太阳能电站、太空工厂和空间居民点的任务放到了科学家的面前。但是,要实现这些目标,需要大批原材料,如果从地球向宇宙空间运送,费用非常昂贵,终非长久之计。因此,寻找地球外的材料来源,例如从月球和小行星获取材料,以及降低它们的运输费用,就成为发展空间工业生产,建造航天站和太空居民点的关键。

如果在月球上建立资源基地,则能很好地开发那里的氦3和其它丰富矿藏。

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  未来星际旅行所需生命物质的供应

第三步:建设可容纳24人的中级月球基地。它由3个埋在月球的地下且对接在一起的空间站舱组成,上面盖有1.5米至2.0米厚的土壤,目的是防止宇宙辐射伤害人体,同时还有利于保持舱内的温度。其研制时间为1年,寿命10年。

  【环球网科技综合报道】据英国《每日邮报》9月10日报道,在一项新的研究中,来自瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的科学家们设计了一个火星的自我维持研究基地,可以支持多年的载人任务。

  发展核电推进系统,火星复合体总质量只有500吨,因此,发展核电推进系统是最可取的,而且其未来应用能显著地简化星际运输系统的开发,以帮助扩大在空间活动的范围。

为了解决运输问题,降低成本,可直接在月球上建造核电站。它发出的巨大电力除能供月球基地使用外,还可通过中继卫星传送给地球人使用。另外,在月球上建核电站不用担心核泄漏等问题。

根据研究,穹顶还代表着额外的生存空间,作为第二道屏障保护航天员免于辐射和微流星体的伤害,并且穹顶还有助于保持底座内部压力的恒定。此外,他们还设想了一个起重机系统,环绕火星运行,作为地球与火星之间的货物转运点,其对接系统与国际空间站使用的系统类似。

  另外,有必要为上述两类人员提供每天的服务。服务人员应包括厨师、装配工、暖房菜园工等,还应有医疗服务人员。因此,看来酷像一艘研究船的载人航天复合体,其人员组成包括三部分:第一是乘务组人员;第二是科学研究集体;第三是后勤服务人员。

所谓月球基地,就是在月球上建立可供人类长期居住、生活及开展各种技术试验、科学研究和资源开发等的各种基础设施。

火星一旦产生融化现象,其南北两极被认为会产生水、氧气和氮这些维持人类生命所必需的元素。大气中的其他化学物质和土壤中的其他资源被认为是建造砖块、玻璃、塑料甚至是氢气和甲醇等燃料的最好材料。

  科学家估计,到21世纪30年代,可望实现航天员在火星登陆,这将把航天科学推上新的高度,是一个重大里程碑。这是一个多么美丽和光彩夺目的事业,正等待着青少年朋友们去创造。

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三个活体胶囊将通过气闸连接到核心。覆盖这个空间的是一个由聚乙烯纤维和3米厚的冰层组成的穹顶,使其成为了一个假冰屋结构。

  建立月球基地还要求研制一种能将人员和物资送往近地轨道以外太空去的轨道间运输飞船,它将在近地轨道和地球同步轨道间往返运送有效载荷,并将有效载荷运送到通向月球、小行星和行星的特定轨道上。 1986年 3月至 月期间,前苏联的联盟7   T—15号飞船曾在和平号和礼炮7号两座航天站之间进行过往返穿梭飞行,进行人员和仪器设备的运输。但是,这仅是低轨道之间的空间运输。美国的航天飞机所能到达的高度也只限于近地轨道。所以,建造轨道间的运输飞船是将人员和货物送往空间站以外的先决条件。

月球基地上所使用的生命保障系统也随基地的不同而不同。初级基地的生命保障系统是非再生式的,即其上的氧气、水和食物要依靠来自地球的补充供应。此后建造的基地的生命保障系统是再生式的,即其上的氧气、水或食物都要靠密闭循环处理和绿色植物的光合作用来就地解决。

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  俄罗斯拟定的飞往火星的计划

经过长期研究,航天专家们已提出了多种月球基地建造方案,例如:

原标题:瑞士科学家设计出未来火星自我维持研究基地

  在飞船上,他想像飞船把航天使团送到遥远行星,乘务人员会得到新鲜蔬菜、食物和维他命,排除二氧化碳,制造氧气并美化居住舱室。

美国现正计划通过国际合作方式研制名为“深空之门”的近月空间站,它将是月球基地建设的中转站,能方便支持月表基础设施建设和航天员在月表活动。

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  使用人造土壤的实验表明,它可能有巨大的实际意义。一平方米菜园在70天可生产1千克小萝卜。与此形成对照的是一平方米人造土壤,21天可生产10千克。这些成果不仅在实验室,而且在某破冰船上试验时获得,那里配备了人造实验菜园。

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  据科学家分析,空间太阳能电站的最佳容量是5到10兆瓦,悬挂于地球赤道上空36000公里高度的对地静止电站的质量为5万吨至10万吨。

月球基地一般包括两个最基本、也是最重要的设施,那就是可供航天员生活和工作的加压居住舱和生命保障系统。因为人在登月的全过程中会面临失压、缺氧、低温和辐射损伤4大危险。所以,月球基地也要像其它载人航天器一样,必须有加压居住舱和生命保障系统。

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  科学家们说,未来的星际火星航行载人复合体的电源和推进系统的类型及其技术特性,将决定整个登陆火星计划的费用以及所需复合体的总重量。这里有几种不同的可能选择。虽然液体推进火箭发动机在美俄两国的空间技术活动中已经得到最充分的试验。但使用它们会使在地球轨道上的载人复合体具有太大的总质量,可能达2000吨,同时还遗留下严重的科学技术问题,包括发射和空间装配以及要在起始轨道长期储存低温燃料。

如果在月球上建立科研基地,就可以大规模、长时间进行月球自身科学研究、月球观测平台研究和月球科学平台研究。其中月球观测平台研究是利用月球特有的环境,将其作为一个观测宇宙和研究宇宙的理想平台。例如,月球没有大气层,重力只有地球的1/6,月震强度只有地震的亿分之一,月背没有人类活动造成的纷杂的干扰,所以很适合建造理想的天文台。另外,与建造空间望远镜相比,月基望远镜在安装、维修和跟踪等方面更容易。

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  由于外层空间存在大量的资源,随着月球和小行星的开发,空间会出现大批工业产业,人类依赖地球资源的程度下降,建设大规模太空城镇将不是现在人们想象的那么玄乎。

延伸阅读

研究指出,所有的这些都将使研究基地得以进行长期的自我维持。 返回搜狐,查看更多

  最初步的估算表明,空间太阳能电站每产生1千瓦电量的造价会比核电站同样功率的造价高出50%至100%。比水电站高出100%至150%,比热电站高300%至500%。但是,由于使用甚高频微波辐射传输到地球,微波能量实际上不会被大气所吸收,地面接收站接收到的微波能量转变为电能供给用户,其转换效率可高达90%;更由于空间太阳能电站不消耗地球资源,因此工作约5至7年后,其利润将比热电站和核电站高。

(作者为全国空间探测技术首席科学传播专家)

在派遣航天员到火星前,科学家将运送机器人到火星建造基地、检测可利用的自然资源。

  科学家们建议的国际月球基地,其最终目标是拥有高度生产能力,显然是一座月球城镇,离我们还相当远。而第二阶段目标已经就在眼前,规模不会很大,科学家们也研究得比较具体。他们认为,早期的月球基地应包括一个检测月球物质、监测基地成员健康状况和生活食品的试验舱,一个生活舱,一个不加压的储藏舱,一个加工月球物质的小小化工厂,一个带观测室和气闸门的连接舱,以便出入月球表面,两辆月球运输车。这种基地的成员可包括:指令长、机械师、机械技师、医生、地质学家、化学家和生物学家。基地成员,每两个月轮换一次。每次通过在低月球轨道上会合的轨道间运输飞船和月球游览车交换3至4个基地工作人员。

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  科学家们预测,不要很久,能产生动力的空间太阳能电站作为实用能源工厂,将为空间工厂提供电力,或者为轨道上的载人飞船和航天站提供能源。再进一步的发展,将会把电力送往地球。

因为月球比地球稳定得多,且没有大气层和磁场,并拥有弱重力、高洁净的特殊自然条件和自然环境,所以月球可作为对其它星球开展探测和研究的平台,变成进行天体物理学研究、制备一些昂贵生物制品与特殊材料等的理想场所。

  第三阶段,2005年至2015年。现在,人飞往火星最可接受的方案,是带有能使航天乘员组直接动态再入大气层的轨道着陆方案。飞行复合体包括:一个火星轨道飞船,为4到6名乘务员提供生活和工作条件18至24个月;一个登陆飞船,输送2至3名航天乘员和设备到火星,能为他们提供生活和工作条件1个月;一个再入舱,它具有第二宇宙速度,能从低空轨道再入地球大气层;能保证全部星际和轨道的动态运行所必需的电源和推进系统。

js3311com金沙网站,第五步:建设能容纳250人的月球工厂。除开采月球矿物以外,月球工厂还要负责生产一些重型设备。这些设备除供月球移民区的建设外,还供太阳系其它行星和天体的开发之用。其使用寿命30年。

  空间太阳能电站,作为人造天体,在绕地球运行过程中,总有一部分时间被地球挡住阳光,也就是说要进入地球的阴影部份。不过,这时间并不长。如果太阳能电站的轨道选择得好,可以使时间变得很短。例如,太阳能电站若处在赤道上空35860公里的同步轨道上,它绕地球一周的时间为23小时56分4秒,与地球自转周期相同,则太阳能电站对地来说是静止的,一年中仅在春分和秋分前后45天,而且每天至多只有72分钟有被地球挡住的时候,在其余时间内,电站的大面积电池帆板可以受到太阳光的连续照射而把光转变为电。和地面相比,用同样面积的太阳能电池帆板,在同步轨道可多获6到11倍的太阳能。如果把空间太阳能电站建设在圆形日心轨道上,那就不再怕地球挡住阳光,并可获更多的太阳能。

欧洲用3D打印机建造的月球基地设想示意图。可容纳4人居住,并能避免陨石碰撞和宇宙射线辐射,以及明显的温差影响。

  煤作为主要能源曾在工业革命中起过主要作用;而作为能源的石油是和本世纪的种种产业成就联系在一起的。可是,随着世界经济的发展,电力消耗日益增快,能源不足的矛盾相当突出。另一方面,更进一步和过分使用煤和石油还可能导致地球自然环境的破环;更大规模发展核电站又担心会构成对人类生命安全的威胁。于是很多科学家不约而同地想到了用太阳能。

也可以在月球上建太阳能基地,因为月球表面几乎没有大气,太阳辐射可以长驱直入进行高效率发电,而且很容易满足用目前的光电技术进行太阳能发电所需大片光照充足土地的要求,因为月球上有的是土地。

  1987年,加拿大科学家在渥太华进行了第一次利用微波作飞行动力的微波束传送电能试验。他们用碟型天线传输微波波束。在试验中,发现在波束的聚焦、目标的跟踪方面存在一定的困难。

最后一步:建设能容纳2000人的月球移民区。其建设是把数个高级月球基地联结起来成为一个超大规模的月球基地网。其研究、设计和建造可能需要30年时间,是人类在月球上的一个永久性的定居点。

  日本人试验的是一种无机载动力源,长度为1.6米的模型飞机。飞机上既无机载汽油,也无电池,而是靠接收地面的微波能量作为动力,收到的微波能量被转换成电力,驱动飞机螺浆转动,获得飞行动力。这一试验的目的,不是想研究开发一种不带燃料箱的飞机,而是试验微波传能技术,用于未来空间太阳能电站的电力传送。如果这种模型飞机传能试验进展顺利,日本的科学家在1993年把试验搬到高度为220公里的人造卫星上进行,利用相控阵天线及发射机给同时发射升空的另一颗人造卫星传送微波能量。

第一步:建设机器人基地,用机器人月球基地“打前站”。其优点是比建真人基地经济便宜,设备简单,风险较小,无生命危险。

  科学家提出,在月球上建造一个宇航循环基地需1000吨水泥,330吨水和3600吨钢筋,若将这些材料从地面运往月球,每吨需耗资5000万美元,显然太昂贵了。材料学家对月球岩样进行分析和试验后认为,只要把氢带上月球就可把月球上的岩石变为最理想的建筑材料。月球表面钛铁含量极为丰富,这些矿物被加热800℃后与氢结合会产生铁、钛、氧气和蒸汽。在此过程中产生人类生存所必需的水和氧气。月球岩石可精炼成轻型和坚固的水泥,剩下的铁矿可用来冶炼钢筋。这种月球岩石同其他小行星的组成物质相似,已经在茫茫宇宙中存在了许多亿年,不但能抵挡太阳射线对其粒子的辐射,还能经受极大的温差考验。材料科学家利用航天员带回地面的月球岩石样品制成了一块目前世界上无法同它相比的最强硬、最坚固、最富弹性的混凝土。这种混凝土是唯一能在气候异常的月球屹立的建筑材料。在月球上生产每千克这种品质的混凝土只需氢3克,而且只要具有总重量约200吨的机械钻探设备就可投入月球物质的挖掘。化学科学家设计了许多从月球岩土中提取纯净元素的方案,包括利用太阳能加热月球物质的物质分离法以及利用氢氟酸之类的试剂从氧化物中取得氧、硅和金属的化学分离法,每个加工厂设计成能循环使用试剂和废料的齐全生产单位。一个只有1吨重的小小的试验性化工厂,每年可将十几吨月球物质加工成氧、金属和玻璃。因此,科学家认为,建设月球基地的基本材料不必从地球运去,可以就地取材。待月球基地建成后,可以大规模开发月球,建造月球工厂,并把大批材料通过宇航基地射离月球,输往地球轨道和太阳系空间,用以建造各种大规模航天站,并为太空工业提供原料,为太空居民城镇建设供应建材。

由于月球的引力只有地球的1/6,并拥有可提炼、分解成航天员呼吸所需的空气和深空飞行器所需燃料的水冰,因此它还可作为深空探测的前哨或中转站。

  在空间,一个人每天消耗食物、氧气和水,总计可达10千克。如果乘员组只由3人构成,在空间生活一个月,需要消耗1吨的氧气、食物和水;如果生活一年则需12吨;如果飞往别的行星,例如飞往近邻火星探测,则需二年至三年时间,总共需消耗氧气、食物和水多达24到36吨,如果不用运输线保障供给,要带上二至三年的给养飞往其他星球也显然是不可能的。

第二步:建设可容纳6人、逗留6个月的初级基地。它既可以是固定式的,也可以是移动式的。其中移动式月球基地是将基地的居住舱装上4到6个轮子或机械腿,最大优点是可以让航天员在月球上的不同地方进行调研和考察。

  虽然人类踏入太空已有30多个年头,航天员仍然是一种稀有的职业,能进入太空飞行的人实在是太少太少了。

在月球上建设规模庞大的基地是一项前所未有的宏伟创新工程,需要花费巨大的人力、物力和财力。为此,在建造月球基地之前要做大量的准备工作。例如,发射月球探测器对月球进行全面探测,目的是为建造月球基地选址;研制充当开路先锋的月球机器人等,为建立月球基地开道铺路。

  远在阿波罗飞船登月的历次航行中,航天员曾从月球带回许多月球岩石样品和尘土。经过分析表明,它们主要由百分之四十的氧,百分之三十的硅和百分之二十到三十的各种金属元素如铝、钛、锰、铁等组成。金属元素经加工后的基本构件可用于制造各大型航天站;硅是玻璃、陶瓷与半导体的基本材料,可用于制造光学和电子元件;氧则供给居民需要。因此,月球确实是地球之外的资源宝库与材料来源。月球的低重力环境又为便宜运送月球材料到空间提供了保证。月球上的重力,仅仅是地球重力的六分之一。把材料运往空间所需的脱离速度很小,只有每秒2.31公里。再加上月球上无空气,不存在空气阻力,所以从月球射离物体比在地球射离容易许多。这就是科学家们提出开发月球,建立月球基地的主要需求背景。

最近,美国航空航天局宣布将在10年内建立一座有人月球基地;俄罗斯也宣布计划于2031年首次载人登月,然后着手打造月球基地。我国已在今年透露,将发射嫦娥8号进行科学探测和试验,以验证建立月球科研基地的可行性。由此表明,人类将在不久的未来掀起打造月球基地的高潮。

  根据美俄两国计划,人类登上火星之前还有二三十年时间,在这段不算短的时间里,科学家们估计,运载技术还会有突破性的进步,这将非常有利于登陆火星计划的顺利实施。

第四步:建设能容纳120人的高级月球基地。它可建在月球的熔洞内,也能用由月球岩石加工、混合而成的钢筋混凝土建在地下。从地球到月球轨道的运输采用可多次使用的重型航天运输系统。其研制时间为5年,寿命30年。

  科学家还研究空间失重状态下生长植物的其他方法,如溶液培养和电刺激培养。例如,美国洛克希德宇航公司在加里福尼亚州森尼韦尔实验室培育适合太空生长的蔬菜。研究人员将莴苣、胡萝卜和西红柿放进无土壤的培养基中,并在失重条件下培育起来。结果发现莴苣在含水的培养基中生长比在土壤中快2至3倍,并且发现莴苣很难与西红柿混种,只要有西红柿,莴苣便难于成活。原因可能是西红柿消耗的培养液太多,也可能是它对莴苣有毒,有待进一步试验。使科学研究人员兴奋的是用这种溶液培育的胡萝卜大获成功,长出来的胡萝卜味道鲜美,百尝不厌;但胡萝卜的形状怪异:上半部还算正常,下半部却向上弯曲,根须则像卷发一样卷绕在一起。时间将会证明,哪一种植物培养方法更有效。

所谓月球基地,就是在月球上建立可供人类长期居住、生活及开展各种技术试验、科学研究和资源开发等的各种基础设施。

  人类建立月球基地的计划

最近,美国航空航天局宣布将在10年内建立一座有人月球基地;俄罗斯也宣布计划于2031年首次载人登月,然后着手打造月球基地。我国已在今年透露,将发射嫦娥8号进行科学探测和试验,以验证建立月球科研基地的可行性。由此表明,人类将在不久的未来掀起打造月球基地的高潮。

  第三阶段:发射载人飞船到火星登陆,有几种实施方案。其中之一,2002年在月球上建立永久性居住基地作为前哨基地。2015年发射载5名航天员的宇宙飞船到火星,在那里停留
30天; 2018年再发射一次载人飞船,在火星工作更长时间。

月球基地系统组成

  除乘员组外,还有一个研究集体,包括地质学家、海洋学家、气象学家、生态学家、垦荒专家、冰河学家、天文学家。他们是进行空间科学研究的专业人员。

科研与资源的利用

  发展核能推进系统将使得有可能大量减少在起始轨道载人火星飞行复合体的总质量。用核推进系统,复合体重量约1000吨,同时火箭速度会得到极大提高。
1992年1月
13日开幕的国际核能会议上,俄罗斯科学家说,他们研究核动力推进系统火箭已有几十年历史,取得重大进展,可望将人类未来飞往火星的星际旅行时间缩短一半。目前已经进行了这种火箭的地面点火试验。同一天,美国政府也公布了为实现载人宇宙飞船火星探测飞行而研制的核动力太空火箭的一些情况,人类飞往火星所需来回星际旅行时间,在用液态氢的情况下大约需500天,如采用核动力火箭,则可以缩短到300天左右。

建设不同的月球基地,其选址的标准和要求也不同。例如,如果要建造月球资源基地,就应根据月球资源的分布情况来选址;如果拟建造科研基地,则最好选择在月球的背面,因为那里没有地球无线电波的干扰,很适合进行天文观察。