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遨游太空，是人类长久以来的梦想。但实际上，我们早已进入“太空时代”。1957年10月4日，俄罗斯第一颗人造地球卫星的发射，标志着“第一太空时代”的到来，这一时代随着航天飞机在2010年完成最后一次飞行而宣告结束。“第二太空时代”始于2004年12月，美国国家航空和航天局公布了“征服宇宙计划：第二太空时代行动方案与第三太空时代宇宙方舟计划”。第二太空时代行动方案是美国人将于2020年再次在月球上进行太空行走，并于2037年首次在火星上登陆行走。如果一切进展顺利的话，人类将于2040年开启“第三太空时代”，届时人类畅游星际空间或移居其他星球将不再是不可能的事情。
在“第三太空时代”，人类为了向其他星球旅游与移民，必须建造一艘“宇宙方舟”——这是可供许多代地球人繁衍生息的宇宙飞船，它能提供与地球家乡相似的生活环境。“宇宙方舟”航行的目的地，是宇宙望远镜所能发现的、与地球相类似的某个星球。
这一“征服宇宙计划”听起来像科学幻想，但是美国宇航局正在认真研究宇宙方舟必备的各种奥秘，并把钱花在可实现的项目上。
宇宙方舟的第一奥秘：航行传动
宇宙航行本身所需的时间就是一个巨大的问题。用普通燃料飞抵最近的星座——人马座要花一万年的时间，而它离我们只有4个光年的距离。假如使用离子或光子传动，则宇宙飞船的飞行速度便可达以到光速的60%，那么飞行时间就可以缩短到15年。
目前，有许多人致力于新型传动问题的研究，这方面的主意也不少，从超大型手电筒的光束作为传动燃料（光子传动）、物质和反物质的融合，到充满幻想色彩的打破空间-时间结构（更确切地说应为曲面传动）等，各式各样，无奇不有。
一种不需要使用动力燃料的传动装置就是太阳翼，在太阳发出的光粒子的压力下，太阳翼产生运动，即使是质量较大的东西也可以此方式运送到木星的运行轨道。
而采用离子传动时可使用某种气体，如惰性气体氙，它与电子接触发生爆炸而离子化，也就是产生电荷。磁场或有静电载荷的金属栅将载荷粒子引入一个方向，并将它们加速到10万千米/小时，等离子传动使用所有元素中最轻的元素氢。在一个动力燃料室中，氢气被离子化，并通过无线电波被加热，然后通过超导磁体而集束射出。
采用喷气传动时，宇宙飞船可装一个巨大的“吸尘器”，把星际空间中的氢气汇集起来，将其离子化后以热气体方式喷射出去。若用热核传动，通过有目标性的核聚变产生能量的话，最合适的原料是氢以及它的变种——重氢以及稀有的氦同位素He3。专家们希望木星的大气层中有大量的He3。
自本世纪以来，美国宇航局格林研究中心M·G·米利斯所领导的小组在认真地从事非常规传动方式的研究，利用物质和反物质融合所产生的能量也属于此研究范围，这种融合的效率几乎可达百分之百，但迄今为止，我们仍不知道如何大规模制造和保存反物质。
曲面传动出自科幻文学，宇宙飞船前的空间会缩短，而飞船后的空间会延长，这样在一定程度上用超光速将飞船吸入到缩短了的空间中，也许存在着天然的“空间-时间通道”穿过宇宙，在这里可以达到超高速。物理学家约翰·维勒认为，也许“虫洞”是进入空间-时间通道的入口。
而反引力传动目前还是一种空想。俄国人奥杰尼·波特雷诺夫说，几年前他借助一个超导磁体产生了反引力，但至今他再也没能重复做出这一试验结果。还有一种理论认为，可以对由上往下压的引力粒子实行屏蔽而使引力消失，但这一假设还没有被实验所证实。前往火星的旅行估计用普通的化学燃料就足够了，而到其他星球的飞行则需考虑使用别的新燃料。
但是从目前来看，最有希望考虑的是离子传动与核反应器相结合的方式，通过核裂变释放出的热使气体离子化，然后借助高电压使离子加速。
宇宙方舟的第二奥秘：人体失重
前往其他星球的飞行最有把握的是从空间站上出发，但在宇宙飞行途中，会出现失重时人体退化的一系列复杂问题：骨头变脆、肌肉无力、心脏萎缩等。有一个简单的办法可起到防止退化的作用，这一办法在地球上也可使用，或由于其他原因而引起身体退化时也可使用：进行竞技状态训练，如在跑步器上每天练习2小时就足够了。
但要长期坚持这种训练，就会使人感到枯燥乏味。为此，美国宇航局的研究人员想出了一种花招，把精神死亡式的训练变为一项冒险活动，其核心就是人造真实感。克里夫兰医疗基金会的苏珊·德安利亚医生和格林研究中心的简·霍洛维茨医生发明了一种双跑道的跑步仪，两条跑步皮带使用不同的传动方式，使宇航人有跑弯道、登山丘、跨越障碍等感觉。再戴上一副特殊的眼镜，就会有相当真实的感觉，它用数码方式虚拟出地球环境。这种仪器能达到强化训练的目的，因此可以缩短训练时间，甚至还会给人带来乐趣。
最近，科学家们已放弃了让飞船绕自身轴心旋转来产生人为重力的打算。避免人体退化的另一个建议简单得让人不可思议，那是克里夫兰医疗基金会的UIF克诺特与格林生物医学工程财团共同提出的：假如用超声波把用于行走的最重要的骨头结构作轻微的破坏，这种破坏宇航人是不会感觉到的，但这就会促使骨头经常发生新的增长。
宇宙方舟的第三奥秘：辐射损伤
除了失重以外，可能产生的辐射损伤也是使研究人员感到头疼的问题。在地球上，磁场把带有电荷的粒子引向南北两极；地球上方的大气层阻挡了有害的辐射。而飞船中的宇航人几乎毫无保护地遭受着太阳气体喷发、高能粒子流、X射线和γ射线的侵害，短时间内就会导致白内障，长期遭受这种侵害就会生癌。
为了解决这一问题，美国宇航局正在讨论一个使用特殊船舱的方案。当有辐射警报时，宇航人就逃进这个特殊的船舱。该舱不必使用核电站那样几米厚的混凝土墙，约7厘米厚的聚乙烯层就可以挡掉三分之一的辐射。为了让余下的辐射在体内不产生任何损伤，就得服用大量的维生素A、C以及尚待研制的人体细胞自然修补药。 宇宙方舟的第四奥秘：医疗卫生
关于医疗卫生方面的问题，美国宇航局的专家也想出了几个办法，概括地说就是使用“智能药物”，让一种生物小零件监控宇航人的身体功能，手指头大小的测量探头固定在皮肤上或植入体内。而用有针对性的转基因法治愈创伤：对赋予细胞以形状的骨架-纤维结构施加影响，使已断裂的细胞连结带快速地重新连结起来。消除肿瘤也可用相类似的方法：让肿瘤周围的细胞变为球状结构而把肿瘤包围，并最终将其扼杀。倘若要为宇航人做手术的话，可由机器人或纳米机来完成，例如将纳米机注入血管，然后它会自己寻找道路到达动脉堵塞处。
还有一点不可忽视，在宇宙中，即使是无害的细菌也可能会变成危险的杀手，沙门氏菌的试验就证明了这一点。得克萨斯州休斯顿大学的盖奥尔克·福克斯和里查德·威尔逊的试验方法可快速确认细菌的突变：用生物遗传学的方法，将带有约4000个细菌的手指印存储在一个芯片上，当宇航人生病时，将其血中的微生物与此作比较，就能立即确定新的细菌源自哪个菌种，然后用飞船中所带的药物将其杀死。
宇宙方舟的第五奥秘：新鲜食品
对于长期在宇宙中载人飞行，特别是对于将来在外星上的长期居住，需要解决新鲜食品的生物再生技术，以减少食品的携带量和补给量。目前，美、俄各国正在加紧研究食品的生物再生技术。美国国家航天局艾姆斯研究中心为航天飞机研制了一种“色拉机”，它可为航天员提供莴苣、黄瓜、胡萝卜等新鲜色拉蔬菜。俄罗斯也曾在空间站上进行种植洋葱、黄瓜、小萝卜等的实验，以供航天员食用。
同时美、俄各国也在加紧研究在空间种植小麦、花生、大豆等粮食作物，实现通过生物技术将航天员的代谢废物转变成食物的过程。最新的设想是随飞船带去动力房用于供应新鲜蔬菜，而对植物进行授粉最好是依靠丸花蜂。荷兰希尔瓦伦贝克昆虫授粉和蜜蜂习性研究所的生物学家简·艾金德对温室中丸花蜂的习性进行了研究，结果发现，它们的寿命虽然没有蜜蜂的长，但却易于饲养。
宇宙方舟的第六奥秘：无限寂寞
还有一个问题用最好的技术也不能解决，那就是飞船中的乘客如何克服长年的寂寞？整个银河系有10万光年那么大，如何才能度过这漫长的旅行时间，怎样才能完成这一旅行而又不被寂寞折磨死？除了要克服宇宙的无限大以外，还要克服时间的无限长。为此，美国宇航局的专家们设想了好多方案，归纳起来主要有以下两个方案。
第一个方案是“重新诞生法则”：即将宇宙飞船中的全部乘员予以冷冻，让他们在“熟睡”中度过漫长的旅行时间。在旅行结束，或有威胁性的危险产生，或有一个有趣的研究目标出现时，由中央计算机将他们唤醒。这一方案的优点是，从主观上看，旅行时间很短；但缺点是，万一解冻苏醒工作失败，或宇宙飞船在航行期间变得不适宜于人居住了，又该怎么办呢？尽管有这种顾虑，但从技术上说，许多科学家仍认为，从冰冻中让人“重新诞生”不是没有可能的。
第二个方案就是“生命不死定律”：在漫长的飞行中，宏伟的宇宙飞船不断地迎接新一代宇航人的诞生，新的宇航人出生，老的宇航人死去。这就意味着，至少是从地球起飞的那一组人员不能到达旅行的终点，而只能是他们的后代。但究竟哪一代能到达目的地，则取决于旅行时间的长短以及未来人的寿命。
加里福尼亚大学进化生物学教授米夏埃尔·罗什近年来在从事不死基因的研究，至少在胚胎突变上已有一丝线索，胚胎的生命已被他延长了一倍。罗什认为，假如我们能掌握与年龄有关的基因损伤情况，那么我们现在就可以不死。这种预见未来的幻想型处方就是，假如在今后几年内找到“不死基因”的话，人想活多久就能活多久。
宇宙方舟的第七奥秘：婚育模式
由于地球与其他星体之间的距离相差甚远，去往某个星球的宇航人不大可能在他们的有生之年再返回地球，因此，他们在宇宙方舟上必须保持一定的人口数量，以便在目的地能建立一个新的、能够生存的人类群体。而且，每一种设想的宇航人生活方式都不能与现在的人类生活方式差别太大。“送往太空的人的生活方式与模式应当是他们比较熟悉的或比较习惯的，否则他们可能会发疯的。”美国佛罗里达大学人类学家莫尔教授说。
人类社会最基本的单位是家庭，移民太空的人也应该保持这种构成，最好采用一夫一妻制的婚姻体制与习俗，因为只有这样，作为一个社会单位才能够存留下来，其成员才会不断增多。每个人都可以结婚，而且可以在不是近亲的人群当中挑选适合自己的人作为伴侣。
夫妻双方要尽可能地在晚些时候生育孩子，因为这样可以拉大上一代与下一代之间的年龄差距，也能保证他们有足够的时间从事必要的工作。英国天体物理学家凯文博士认为，在宇宙方舟或某个星球上生育的孩子，无论是生理上还是语言上都会与地球的孩子有所不同。“这些孩子只能适应他们生存的环境，但是，他们却不能生活在地球上。”凯文说。这些孩子的骨骼、肌肉，甚至他们的方向感都能够很好地适应零重力的太空生活，却很难适应地球有重力的生活。此外，他们思考问题的方式经由太空生活的洗礼，也将与地球人大不相同。
总之，征服宇宙的方舟计划刚刚开始，而各国宇航局，特别是美国宇航局的专家们已经着手确定对整个银河系的研究、登陆和移民的计划。只有当人类的智慧能够解决各种问题的时候，这项计划才能最终获得成功。人类必须学会以巨大的宇宙空间和时间尺度进行思考，并想出人们集体生活的全新形式。除了传动、失重和辐射的防护、医疗保健等宇航技术问题外，我们面前还有一系列挑战。（责任编辑/余风）
在“第三太空时代”，人类为了向其他星球旅游与移民，必须建造一艘“宇宙方舟”——这是可供许多代地球人繁衍生息的宇宙飞船，它能提供与地球家乡相似的生活环境。“宇宙方舟”航行的目的地，是宇宙望远镜所能发现的、与地球相类似的某个星球。
这一“征服宇宙计划”听起来像科学幻想，但是美国宇航局正在认真研究宇宙方舟必备的各种奥秘，并把钱花在可实现的项目上。
宇宙方舟的第一奥秘：航行传动
宇宙航行本身所需的时间就是一个巨大的问题。用普通燃料飞抵最近的星座——人马座要花一万年的时间，而它离我们只有4个光年的距离。假如使用离子或光子传动，则宇宙飞船的飞行速度便可达以到光速的60%，那么飞行时间就可以缩短到15年。
目前，有许多人致力于新型传动问题的研究，这方面的主意也不少，从超大型手电筒的光束作为传动燃料（光子传动）、物质和反物质的融合，到充满幻想色彩的打破空间-时间结构（更确切地说应为曲面传动）等，各式各样，无奇不有。
一种不需要使用动力燃料的传动装置就是太阳翼，在太阳发出的光粒子的压力下，太阳翼产生运动，即使是质量较大的东西也可以此方式运送到木星的运行轨道。
而采用离子传动时可使用某种气体，如惰性气体氙，它与电子接触发生爆炸而离子化，也就是产生电荷。磁场或有静电载荷的金属栅将载荷粒子引入一个方向，并将它们加速到10万千米/小时，等离子传动使用所有元素中最轻的元素氢。在一个动力燃料室中，氢气被离子化，并通过无线电波被加热，然后通过超导磁体而集束射出。
采用喷气传动时，宇宙飞船可装一个巨大的“吸尘器”，把星际空间中的氢气汇集起来，将其离子化后以热气体方式喷射出去。若用热核传动，通过有目标性的核聚变产生能量的话，最合适的原料是氢以及它的变种——重氢以及稀有的氦同位素He3。专家们希望木星的大气层中有大量的He3。
自本世纪以来，美国宇航局格林研究中心M·G·米利斯所领导的小组在认真地从事非常规传动方式的研究，利用物质和反物质融合所产生的能量也属于此研究范围，这种融合的效率几乎可达百分之百，但迄今为止，我们仍不知道如何大规模制造和保存反物质。
曲面传动出自科幻文学，宇宙飞船前的空间会缩短，而飞船后的空间会延长，这样在一定程度上用超光速将飞船吸入到缩短了的空间中，也许存在着天然的“空间-时间通道”穿过宇宙，在这里可以达到超高速。物理学家约翰·维勒认为，也许“虫洞”是进入空间-时间通道的入口。
而反引力传动目前还是一种空想。俄国人奥杰尼·波特雷诺夫说，几年前他借助一个超导磁体产生了反引力，但至今他再也没能重复做出这一试验结果。还有一种理论认为，可以对由上往下压的引力粒子实行屏蔽而使引力消失，但这一假设还没有被实验所证实。前往火星的旅行估计用普通的化学燃料就足够了，而到其他星球的飞行则需考虑使用别的新燃料。
但是从目前来看，最有希望考虑的是离子传动与核反应器相结合的方式，通过核裂变释放出的热使气体离子化，然后借助高电压使离子加速。
宇宙方舟的第二奥秘：人体失重
前往其他星球的飞行最有把握的是从空间站上出发，但在宇宙飞行途中，会出现失重时人体退化的一系列复杂问题：骨头变脆、肌肉无力、心脏萎缩等。有一个简单的办法可起到防止退化的作用，这一办法在地球上也可使用，或由于其他原因而引起身体退化时也可使用：进行竞技状态训练，如在跑步器上每天练习2小时就足够了。
但要长期坚持这种训练，就会使人感到枯燥乏味。为此，美国宇航局的研究人员想出了一种花招，把精神死亡式的训练变为一项冒险活动，其核心就是人造真实感。克里夫兰医疗基金会的苏珊·德安利亚医生和格林研究中心的简·霍洛维茨医生发明了一种双跑道的跑步仪，两条跑步皮带使用不同的传动方式，使宇航人有跑弯道、登山丘、跨越障碍等感觉。再戴上一副特殊的眼镜，就会有相当真实的感觉，它用数码方式虚拟出地球环境。这种仪器能达到强化训练的目的，因此可以缩短训练时间，甚至还会给人带来乐趣。
最近，科学家们已放弃了让飞船绕自身轴心旋转来产生人为重力的打算。避免人体退化的另一个建议简单得让人不可思议，那是克里夫兰医疗基金会的UIF克诺特与格林生物医学工程财团共同提出的：假如用超声波把用于行走的最重要的骨头结构作轻微的破坏，这种破坏宇航人是不会感觉到的，但这就会促使骨头经常发生新的增长。
宇宙方舟的第三奥秘：辐射损伤
除了失重以外，可能产生的辐射损伤也是使研究人员感到头疼的问题。在地球上，磁场把带有电荷的粒子引向南北两极；地球上方的大气层阻挡了有害的辐射。而飞船中的宇航人几乎毫无保护地遭受着太阳气体喷发、高能粒子流、X射线和γ射线的侵害，短时间内就会导致白内障，长期遭受这种侵害就会生癌。
为了解决这一问题，美国宇航局正在讨论一个使用特殊船舱的方案。当有辐射警报时，宇航人就逃进这个特殊的船舱。该舱不必使用核电站那样几米厚的混凝土墙，约7厘米厚的聚乙烯层就可以挡掉三分之一的辐射。为了让余下的辐射在体内不产生任何损伤，就得服用大量的维生素A、C以及尚待研制的人体细胞自然修补药。 宇宙方舟的第四奥秘：医疗卫生
关于医疗卫生方面的问题，美国宇航局的专家也想出了几个办法，概括地说就是使用“智能药物”，让一种生物小零件监控宇航人的身体功能，手指头大小的测量探头固定在皮肤上或植入体内。而用有针对性的转基因法治愈创伤：对赋予细胞以形状的骨架-纤维结构施加影响，使已断裂的细胞连结带快速地重新连结起来。消除肿瘤也可用相类似的方法：让肿瘤周围的细胞变为球状结构而把肿瘤包围，并最终将其扼杀。倘若要为宇航人做手术的话，可由机器人或纳米机来完成，例如将纳米机注入血管，然后它会自己寻找道路到达动脉堵塞处。
还有一点不可忽视，在宇宙中，即使是无害的细菌也可能会变成危险的杀手，沙门氏菌的试验就证明了这一点。得克萨斯州休斯顿大学的盖奥尔克·福克斯和里查德·威尔逊的试验方法可快速确认细菌的突变：用生物遗传学的方法，将带有约4000个细菌的手指印存储在一个芯片上，当宇航人生病时，将其血中的微生物与此作比较，就能立即确定新的细菌源自哪个菌种，然后用飞船中所带的药物将其杀死。
宇宙方舟的第五奥秘：新鲜食品
对于长期在宇宙中载人飞行，特别是对于将来在外星上的长期居住，需要解决新鲜食品的生物再生技术，以减少食品的携带量和补给量。目前，美、俄各国正在加紧研究食品的生物再生技术。美国国家航天局艾姆斯研究中心为航天飞机研制了一种“色拉机”，它可为航天员提供莴苣、黄瓜、胡萝卜等新鲜色拉蔬菜。俄罗斯也曾在空间站上进行种植洋葱、黄瓜、小萝卜等的实验，以供航天员食用。
同时美、俄各国也在加紧研究在空间种植小麦、花生、大豆等粮食作物，实现通过生物技术将航天员的代谢废物转变成食物的过程。最新的设想是随飞船带去动力房用于供应新鲜蔬菜，而对植物进行授粉最好是依靠丸花蜂。荷兰希尔瓦伦贝克昆虫授粉和蜜蜂习性研究所的生物学家简·艾金德对温室中丸花蜂的习性进行了研究，结果发现，它们的寿命虽然没有蜜蜂的长，但却易于饲养。
宇宙方舟的第六奥秘：无限寂寞
还有一个问题用最好的技术也不能解决，那就是飞船中的乘客如何克服长年的寂寞？整个银河系有10万光年那么大，如何才能度过这漫长的旅行时间，怎样才能完成这一旅行而又不被寂寞折磨死？除了要克服宇宙的无限大以外，还要克服时间的无限长。为此，美国宇航局的专家们设想了好多方案，归纳起来主要有以下两个方案。
第一个方案是“重新诞生法则”：即将宇宙飞船中的全部乘员予以冷冻，让他们在“熟睡”中度过漫长的旅行时间。在旅行结束，或有威胁性的危险产生，或有一个有趣的研究目标出现时，由中央计算机将他们唤醒。这一方案的优点是，从主观上看，旅行时间很短；但缺点是，万一解冻苏醒工作失败，或宇宙飞船在航行期间变得不适宜于人居住了，又该怎么办呢？尽管有这种顾虑，但从技术上说，许多科学家仍认为，从冰冻中让人“重新诞生”不是没有可能的。
第二个方案就是“生命不死定律”：在漫长的飞行中，宏伟的宇宙飞船不断地迎接新一代宇航人的诞生，新的宇航人出生，老的宇航人死去。这就意味着，至少是从地球起飞的那一组人员不能到达旅行的终点，而只能是他们的后代。但究竟哪一代能到达目的地，则取决于旅行时间的长短以及未来人的寿命。
加里福尼亚大学进化生物学教授米夏埃尔·罗什近年来在从事不死基因的研究，至少在胚胎突变上已有一丝线索，胚胎的生命已被他延长了一倍。罗什认为，假如我们能掌握与年龄有关的基因损伤情况，那么我们现在就可以不死。这种预见未来的幻想型处方就是，假如在今后几年内找到“不死基因”的话，人想活多久就能活多久。
宇宙方舟的第七奥秘：婚育模式
由于地球与其他星体之间的距离相差甚远，去往某个星球的宇航人不大可能在他们的有生之年再返回地球，因此，他们在宇宙方舟上必须保持一定的人口数量，以便在目的地能建立一个新的、能够生存的人类群体。而且，每一种设想的宇航人生活方式都不能与现在的人类生活方式差别太大。“送往太空的人的生活方式与模式应当是他们比较熟悉的或比较习惯的，否则他们可能会发疯的。”美国佛罗里达大学人类学家莫尔教授说。
人类社会最基本的单位是家庭，移民太空的人也应该保持这种构成，最好采用一夫一妻制的婚姻体制与习俗，因为只有这样，作为一个社会单位才能够存留下来，其成员才会不断增多。每个人都可以结婚，而且可以在不是近亲的人群当中挑选适合自己的人作为伴侣。
夫妻双方要尽可能地在晚些时候生育孩子，因为这样可以拉大上一代与下一代之间的年龄差距，也能保证他们有足够的时间从事必要的工作。英国天体物理学家凯文博士认为，在宇宙方舟或某个星球上生育的孩子，无论是生理上还是语言上都会与地球的孩子有所不同。“这些孩子只能适应他们生存的环境，但是，他们却不能生活在地球上。”凯文说。这些孩子的骨骼、肌肉，甚至他们的方向感都能够很好地适应零重力的太空生活，却很难适应地球有重力的生活。此外，他们思考问题的方式经由太空生活的洗礼，也将与地球人大不相同。
总之，征服宇宙的方舟计划刚刚开始，而各国宇航局，特别是美国宇航局的专家们已经着手确定对整个银河系的研究、登陆和移民的计划。只有当人类的智慧能够解决各种问题的时候，这项计划才能最终获得成功。人类必须学会以巨大的宇宙空间和时间尺度进行思考，并想出人们集体生活的全新形式。除了传动、失重和辐射的防护、医疗保健等宇航技术问题外，我们面前还有一系列挑战。（责任编辑/余风）