万物生长靠太阳，万物的毁灭也取决于太阳。

金融危机的阴影之下，人人自危。未雨绸缪的人们纷纷为未来做起打算。总有人比普通人看得更远些。现在就有这样的科学家，其目光超越了一时的汇率起伏和股票涨跌，投向了“太阳系遭遇灾变后，人类向何处去”这样的远景。

太阳变得狂暴

太阳虽然不是宇宙的中心，但它却是对我们最重要的恒星。它给地球带来光和热，既是光明的来源，也是生命的源泉。太阳是地球生命最主要的能量来源。除了核能、地热、潮汐能以外，人类所有的能源都直接或间接地取自太阳。即便是这样一颗母亲般慈祥的恒星，也会因生老病死的自然规律变得越来越狂暴。现在每隔十年一次的太阳黑子活动期只是干扰全球的无线电信号、令航空和通讯不便而已。在遥远的将来，它的咆哮将撕毁地球生命脆弱的保护层——磁层与臭氧层。届时太阳对人类造成的损伤可就不是皮肤癌这么简单了。

虽然现在太阳尚在温和而有节制地发光发热，但再过50亿年，太阳将开始慢慢转变成一颗膨胀的红巨星。它的外层气体将会不断膨胀。70亿年后，太阳的体积和亮度达到最大值，那时，太阳的外壳将会吞没整个地球。未来的地球人如何避免被太阳烤焦的命运？

这不是科幻片中的假设，而是恒星生老病死的客观规律。在距今40亿年后，太阳的亮度将增加11%，与之对应的是地球陆地温度平均上升到大约50摄氏度（相当于现在沙漠中的最高气温）。海洋因温度升高，海水会慢慢蒸发掉。可以想象，不少植物和动物将很难适应这种温室环境，不过一些被称作古生菌的单细胞有机体将会幸存下来。稍后不久，一旦水蒸汽进入大气层，太阳发出的紫外线将导致水分子分裂，构成生命细胞所需的氢将会慢慢泄漏到太空中。

在《圣经》记载的传说中，诺亚一家得到神谕，建造巨舟保全了人类和所有的动物代表。未来的人类如果面临这样的天地巨变，也将在科技的“神谕”下，把地球改造成一艘方舟，载着所有生灵逃离火海。如果我们的后代或者我们之后的其他智能生命形式想幸存下来，他们必须移居到其他地方。但是他们要移民到哪里呢？而且怎样才能移居到那里呢？

移动地球

一种可能的方法将是利用火箭移居到其他行星上。假设届时地球人仍像现在一样多。再假设那时运载能力最大的载人航天器仍是航天飞机（每次载6人）。然而要运走67亿人，大约要发射10亿架次航天飞机。即使每天发射1000架航天飞机，也需要2700年才能将所有地球人运往太空。人们到达新驻地后，生活方面又会遇到麻烦。移居到其他行星需要将这些行星地球化，才能为地球移民提供生活所需的食品、水和氧气。既然如此，我们为什么不能像蜗牛一样，带着地球家园一道移民呢？

为了躲过太阳爆发的灾难，圣克鲁兹加州大学的格雷格·劳林和他的同事丹·柯里肯斯基，以及密歇根大学的天文学家佛瑞德·亚当三人为地球选择了一个最终目的地。那是一条围绕太阳的轨道，该轨道与太阳的距离是地球现在的轨道与太阳之间的距离的1.5倍，相当于现在的火星轨道。当太阳在几十亿年后进入红巨星阶段，它的亮度将是现在的2.2倍，那时该轨道处获得的阳光大约跟地球现在获得的阳光一样。将地球移到该轨道上，大约需要将地球的轨道能量增加30%。他们表示，通过改变遥远太阳系的冰体的轨道，让它们从地球附近经过，将它们的一些轨道能量转移给地球，可以实现推动地球的目的。

这有点儿像多米诺骨牌，通过小质量的彗星或小行星的引力拖曳，“四两拨千斤”地移动地球。轻微的引力拖拽方法是，让飞船飞到那颗天体附近，利用引力使它偏离原来的运行轨道。也可通过在彗核上钻孔，让一部分冰体喷射出来，把彗星体向相反方向推进。

这种方法也存在很大风险，因为小天体们必须从距离地球表面仅10000公里的地方飞过才能对地球产生可观的拖曳力。这些天体可能比6500万年前杀死恐龙的那颗小天体更大，因此一个小小的“偏差”就有可能会酿成大错。劳林和他的同事们对待这个问题非常严肃，他们在论文中警告说：“直径是100公里的天体以宇宙速度与地球相撞，将使大部分生物圈绝种，至少细菌级别的生物都会灭绝。这并不是夸大其词。”

地球可能自动远离太阳

但也有对地球将随着太阳一同消亡的观点提出了质疑。英国Sussex大学的几位天文物理学家认为上述观点忽视了太阳在氢气烧光消亡时会失去大部分重量，其对地球的引力也将随之显著减弱这一重要的因素，地球因此不会成为太阳的“殉葬品”。

这些天文物理学家指出，太阳几近消亡时其体积会极剧扩张，但地球不会被吸入太阳内部，因为地球的运转轨道也将随着太阳体积的扩张而远离太阳中心。

【图片出处：http://wikiwalls.blogspot.com】

上述天文物理学家之一、罗伯特-史密斯博士表示，太阳将在大约77亿年之后体积增大到现在的120倍，同时将距其最近的金星和水星吞没，但人类居住的地球却可以逃脱这一劫难，因为地球距离太阳更远。

史密斯博士称，太阳最终将由一个巨大的红色星体变成一个体积极小的白色星球，直径仅1万英里。他说：“地球不会随太阳的消亡而在太空中消失，但那时地球是否还是今天的样子现在还是个未知数。”

小贴士：怎么预测太阳的寿命？

松鼠可能认为松树林是永恒的，但永恒的概念往往与观察者的寿命有关。虽然恒星的寿命从几百万年到数十亿年不等，远远超出现存人类社会的历史长度。但宇宙中恒星的数量实在太多，总有一些恒星分别处于老、中、青、幼年时期。通过观察形形色色的处于不同演化阶段的恒星，天文学家有把握估计，像太阳这种大小和光谱型的恒星还有多少寿数。

宇宙的焰火

比起太阳衰亡引发的人类灾难外，还有一种由“太阳”引发的灾难，它的来势更加凶猛。这是那些遥远且巨大的“太阳”发威导致的。

与太阳温吞水式的衰老相比，大质量恒星的塌缩要比次贷危机来得更快。如果某个恒星的内核质量堪与太阳相比，那么在强大引力作用下，一秒钟就可以从地球的大小坍缩为半径10公里大小。最后它将以接近光的速度崩塌，原子都被压碎，原子核外的电子被压入原子核，正负电荷抵消，恒星的残骸以一种中性不带电的中子状态存在。在这一过程中，垂死的恒星将回光返照般地释放存于原子内部的能量，其光辉将令一亿个太阳相形见绌。这就是超新星爆发，宇宙中最辉煌的焰火。

【图片出处：维基百科。Supernova remnant N 63A lies within a clumpy region of gas and dust in the Large Magellanic Cloud.】
太阳质量较小，不会有这般绚烂的结局。但在太阳系侧身其间的银河系里，确有一些具备成为超新星潜质的恒星。这样的超新星爆发，会给地球带来怎样的灾难呢？1885年在仙女座星云附近发现了一颗超新星。据测定，它在6天的时间里发出的光相当于太阳在100万年里的发光总量。好在这颗超新星离我们有一二百万光年之邀，强烈的光线到地球已经变得非常微弱。

2004年12月27日，人马座方向的一颗中子星突然爆炸，短短0.2秒内，其释放出的伽马射线相当于太阳25万年里发出能量的总和！

参与中日合作研究该爆发事件的天文学家宫崎敦史博士说：“这次爆炸发生的地点离地球足够远，就像在别人家的后院，假如发生在隔壁，那人类的麻烦就大了。”天文学家指出，如果离地球在10光年以内，这样强度的爆炸足以毁灭地球上所有物种。

好在超新星爆发是有预兆的。我们可以通过不间断的天文观测，检测可能爆发的红巨星（离地球较近的那些）的变化，提前采取应变措施，如蛰伏于地下隐蔽所或向太空迁徙。

超新星也不完全是生命的终结者。它在爆发时释放的射线会使被辐射的生物加速变异过程。变异有好有坏，不良变异被自然淘汰，好的变异一代代遗传下来，更具生命力和竞争力的全新物种也就诞生了。天文学家在银河系中发现过不少超新星残骸，它们在遥远的地质年代都发生过惊天动地的爆发，而且其辐射必然曾波及地球。这或许可以解释在生命进化史上多次的物种灭绝和新物种爆发式增长。人类只希望，自己不会像那些不幸的远祖一样，成为被超新星爆发所淘汰的一群。

当然，亿万年太久，只争朝夕。科学家可以把以上这些灾变的应对方法当作锻炼头脑的“思想实验”，普通人们则更要立足当下，先把脆弱的地球保护好再说。否则等不到太阳发飚的那一天，人类已经因环境恶化或核战争自绝于地球襁褓中了。

“改良俱乐部的大门一下被推开，斐利亚·福克用他那沉静的声音说：‘先生们，我回来了。’”

每一位初看《八十天环游地球》（东西方两大硬汉——成龙和皮尔斯-布鲁斯南分别在大银幕上演绎过这部名著）的人，看到这里恐怕都要为即将输掉全部身家的福克先生捏把汗吧。不过善解人意的作者儒勒·凡尔纳马上作了解释：福克在向东走的路上一直是朝着太阳升起的方向前进，所以他每走过一条经度线，就会提前4分钟看见日出。整个地球经度线分作360等份，4分钟乘以360，正好是24小时。这就是福克不知不觉赚来的那一天的时间。

小说虽为虚构，但因为环球航行而“净赚”一天的例子在历史上确有其事。1522年，麦哲伦率领的舰队致力于完成环球航行的壮举。当船队返航至佛得角群岛时，发现船上记录的日期是7月8日星期三，而岸上的日期却是7月9日星期四。水手回国后向国王和教皇汇报了这个现象，引起了广泛的关注和探讨，时差之谜逐渐被揭示出来。

时差的发现

 在没有钟表的古代，人们只能通过观察太阳在天空中的位置来确定本地时间，这个时间叫做“地方时”。地球是自西向东自转的，东边总比西边先看到太阳，东边的时间也总比西边的早。比如在北京太阳已经升起了一个时辰，而乌鲁木齐还处于黎明时分。这个时间差便是不同地区的“时差”。

最早发现时差现象的可能是古希腊天文学家。希腊人长于航海、精于天文，善于绘制地图。生活于公元前2世纪的喜恰帕斯已经知道不同地点发生日食或月食的时间是不同的，进而他利用各地发生月食的时间差来测定地理经度。但是日月食发生的时间差不容易测定，古希腊人只能在较近的距离内使用这种方法。三个世纪后，托勒密继承了喜恰帕斯的思想，利用经纬线绘制地图。可是，由于无法准确测量经度，他只能凭借对距离的估计，大致标出某地的相对位置。托勒密的方法一直延续了一千多年，此法显然不够严密，所以那时的地图大都不准，往往夸大了陆地的面积，低估了海洋的范围。

蒙元时代的时差问题

在中国，早在13世纪就有人注意到了时差现象。此人便是成吉思汗的谋士耶律楚材。耶律楚材在跟随蒙古大军西征过程中，发现用金代《大明历》推算出应该在某时刻出现的月食，在中亚的撒马尔罕竟然要推迟出现。他隐约意识到，把万里之外的中原地带制定的《大明历》直接用在遥远的西域恐不合适。于是，他在《西征庚午元历》中提出了一个全新的概念“里差”，弥补了由于东西距离差而造成的天象发生的时间差。这实际上是对不同地理经度引起的地方时差作出了数值修正。虽然耶律楚材没有提到现代“时区”的概念，但他事实上解决了时差的问题。

近年来有学者指出，“里差”是西方地理经度概念传入中国，并在历法上加以应用的结果。原来，耶律楚材在《西征庚午元历》中使用的东西距离（从开封到撒马尔罕）数值过大，约为实际距离的1.4倍。这种情况恰好接近于希腊托勒密的地理经度测量值。也许这个倍率是巧合，也许这个知识真的经历了“古代西方→阿拉伯世界→中国”的知识传播过程。

时区的划定

进入19世纪，在科技领域再次居于领先地位的西方世界发起工业革命，铁路运输普及开来。此时，不仅是旅客希望车辆准点运行，对运输部门而言，为了避免共用一条铁轨的多列火车发生相撞事故，车次时间必须掌控精确。当时横贯东西的漫长铁路往往造成不同车站之间有时差存在。19世纪70年代，在加拿大铁路公司任职的桑福德·弗莱明意识到了时区对于铁路安全的重要性，遂提出了国际标准时间的概念。1884年，在华盛顿召开的国际子午线会议认可了这个概念。该次会议还规定通过格林威治天文台的经线为本初子午线（零经度线），当地地方时为格林威治标准时间（GMT）。从这里算起，往东往西各有12个时区，每个时区跨越经度15度。

到了20世纪，随着航空业的兴起，旅客有可能在几小时内跨越几个时区。时区的设置开始出现在手表、电脑和手机等个人装备上。因为现代喷气式客机速度太快，长途旅客血液中皮质醇浓度的变化已经跟不上地面昼夜变更的速度，“倒时差”便成了飞行一族的头痛事。时差和时区已然是司空见惯之事，斐利亚•福克先生的奇遇愈来愈成为天方夜谭了。

20世纪60年代，几个神秘的金属球体在澳大利亚荒野被发现，西澳大利亚土著人莫卡努卡人就掌握着这样一个球体。经专家分析，这个球体竟然是钛制的！一时间各种猜测层出不穷，很多人都认为这是外星人留下的物品。这种金属球体也被命名为“莫卡努卡球”。事实真相却令大家哭笑不得：球体来自太空不假，但不属于外星人，却属于美国人。原来它是“双子座”6号飞船上宇航员的水桶。只不过是一件从天而降的太空垃圾而已。

2009年2月11日，美国的“铱星-33”与俄罗斯的一颗报废卫星“宇宙2251”在距地面800千米的太空中相撞。一时间碎片四溅，在撞击轨道附近有航天器运行的国家都紧张起来，担心自己的卫星或空间站受池鱼之殃。舆论纷纷猜测这次罕见的卫星相撞的原因。其实，航天器与太空碎片的碰撞并不鲜见，这次整颗卫星相互撞击虽为首次，但随着人类发射到太空中的人造物体越来越多，这样规模的碰撞绝对不会是最后一次。太空看似辽阔无边，而近地轨道却已拥挤不堪。

太空垃圾=太空杀手

1957年，人类第一颗人造卫星进入太空，时至今日，世界各国已经发射了5000多个卫星、火箭、探测器等航天器。与航天器数目增加相对应的是，太空垃圾的数量以每年2%至5%的速度递增。如果人类不加以治理，按这个速度，到三百年后近地轨道就可能被太空垃圾填满。

在航天史上，太空垃圾造成的事故和灾难屡见不鲜。

1983年，“挑战者”号航天飞机与一块直径0.2毫米的涂料碎片相撞，导致舷窗被损，只好提前返回地球。

【1983年，挑战者号航天飞机舷窗被太空垃圾撞击】

1986年，欧空局的“阿丽亚娜”火箭进入轨道之后不久便爆炸，形成了564块10厘米大小的残骸和2300块小碎片。这些如散弹枪弹般密集的“弹丸”后来直接造成两颗日本通信卫星失灵。

1991年9月15日，美国发射的“发现者”号航天飞机差一点与苏联的火箭残骸相撞，当时“发现者”号与这个不速之客仅仅相距2.74千米，幸亏地面指挥系统及时发来警告信号，悲剧才免于丧生。

太空垃圾在太空中以每秒6到7千米的速度运行。由于相对速度很大，很小的一块太空垃圾都足以给人造卫星或者载人飞船造成巨大损伤。一块10克重的太空垃圾与人造卫星相撞产生的能量，相当于两辆轿车以100千米的时速迎面相撞产生的能量。卫星会在瞬间被打穿或击毁。如果撞上的是载人飞船，后果更是不堪设想。

太空碎片的来源多样。运载火箭、卫星等航天器在完成任务后都会直接变成太空碎片。有的很快进入大气层烧毁，有的则长久停留在轨道上。载人航天活动也产生一些“太空垃圾”，如摄像机、工具、航天服手套等。地面上用光学望远镜和雷达能观测到的太空碎片大约每年净增200个，它们主要集中在地球同步轨道、半同步轨道高度区域和2000千米以下的高度区域。而从1957年人类发射第一颗人造地球卫星开始，太空碎片的数量就在不断增加，目前，各种太空碎片已超过4000万个，对航天器构成了极大威胁。

为了研究太空垃圾对航天器的危害到底有多大，1984年4月，“挑战者号”航天飞机将圆柱形的“长期暴露装置”释放到近地轨道，其用途之一是检测太空垃圾撞击的影响。5年零9个月后，该装置被回收，检查发现，其表面仅肉眼可见的撞击凹痕就超过32000个，最大凹痕直径达0.5厘米。相当于每天被撞击15次，每绕地球一周就被撞击一次。

【1984年4月，“长期暴露装置”从挑战者号航天飞机释放，用途之一是检测太空垃圾撞击的影响】

太空垃圾不只会对航天器造成威胁，大块的太空垃圾再入大气层时若不能燃烧殆尽，碎片就有可能伤及人类。2008年11月2日晚，一块电冰箱大小的太空垃圾坠入澳大利亚和新西兰之间的茫茫大海，所幸未对过往船只造成任何伤害。此前这个1400磅重的有毒氨水罐已在太空漂浮了16个月，2007年7月，国际空间站宇航员克莱顿·安德森在太空行走期间将其抛入太空。

【哥伦比亚号航天飞机残骸，这有助于理解一台航天器能产生多少碎片】

太空垃圾坠地产生的最大危害要数“宇宙954”事件。这是一颗苏联核动力侦察卫星的编号，在回收时失控急速向地球坠落。1978年1月24日，载有30千克浓缩铀的“宇宙954”坠毁在人烟稀少的加拿大北部地区，在18000平方英里的范围内散落了大量带有高放射性的碎片。虽然没有危及人员安全，但加拿大花费1400万美元清除污染，并获得苏联赔偿。

一般说来，太空垃圾坠地的数量与航天发射的频率成正比，发射次数越多，火箭助推器和报废卫星落下的也越多。以2001年为例，陨落的太空垃圾中，属于俄罗斯的超过120吨，属于美国的将近30吨。

电脑游戏开发者受到太空垃圾坠地的启发，在《红色警戒3》中为“苏军”设计了一种名为“太空垃圾雨”的武器，只要一点鼠标，一个报废的空间站就会自动降低轨道，呼啸而下，撞向地面的敌军。

太空垃圾越撞越多

1978年，38岁的美国天体物理学家唐纳德·凯斯勒在《地球物理研究》杂志发表了一篇论文：《人造卫星碰撞频率：一个垃圾带的产生》。他指出，当报废人造卫星和其他太空垃圾在轨道上越积越多时，它们互相碰撞的概率也将变大，直到发生不可避免的撞击。被撞击的物体将会碎裂成无数同样危险的碎片，引起更多的连锁撞击。凯斯勒写道，“这样一来，太空中的垃圾数量将以空前速度增长，在地球周围形成一个垃圾带。”从此，这种可能发生的现象被成为“凯斯勒现象”。

目前地球周围的轨道空间还算开阔，太空垃圾在太空中发生碰撞的概率很小。但如果对航天器产生的碎片不加控制，随着航天事业的不断发展，航天器自然形成的太空碎片将不断增加。轨道物体之间的碰撞概率也大幅增加——不但完好的航天器会被撞毁，产生新的碎片；碎片之间也会发生撞击、产生更小、更多的碎片。这是一个类似于“链式反应”的恶性过程。在很短的时间内，太空碎片的数量将像雪崩一样达到无法控制的地步，直到近地空间完全被碎片笼罩，再也没有航天器可以突破这个由碎片构成的牢笼。人类将被禁锢在太空垃圾网包裹的地球上。这个可怕的前景，恐怕也是遏制反卫星武器发展的最大动因。毕竟，最有能力发展反卫星武器的国家，往往也是对卫星服务依赖最多的国家。

2008年上映的科幻动画片《Wall.E》讲述了在2700年，由于人类无度的破坏环境，地面已经被垃圾覆盖，就连地球外层也包着厚厚一层“垃圾云”。人类不得已全体移居到太空船上，并且使用机器人清除地球上的垃圾，等待着有一天垃圾清理完重新回到地球上。这恐怕是凯斯勒现象极端恶化的最形象化表述。

人为散布太空垃圾

在冷战时期，长途国际通信主要由海底电缆和依靠电离层反射无线电进行。美国担心一旦战争爆发，苏联可能切断其海底电缆，这样一来美国本土与海外部队的联系只能依赖性质不稳定的电离层。因此美国开始寻求能在全球范围内稳定进行无线电通讯的办法。

1958年，麻省理工学院的科学家建议将3亿5千万枚铜针（每枚长1.75厘米，直径25微米）用卫星送入轨道，散布后形成一个8千米宽，38千米长的铜针云环。这个云环将像一面镜子一样，把从一处发射的无线电波反射至另一处。设置在西福特镇的卫星天线来进行远程通信的辅助，所以该项目叫做“西福特计划”。

第一次散布于1961年10月21日进行，卫星装载了19千克铜针，共4.8亿枚，但并没有散播成功。第二次因为运载火箭故障而失败。第三次散布于1963年5月9日成功进行，把3.5亿枚铜针散播在3650千米高的轨道上，形成人工的环状针云并成功进行了通信试验。

这些针状物分布于高度在3500千米到3800千米之间，轨道倾角在96度到87度之间的轨道范围，最终成为了太空垃圾。根据当时美国驻联合国大使阿德莱·史蒂文森的说法，在太阳辐射压力的作用下，这些针将会在短短3年内离开轨道。但事实上直到现在仍有相当数目的铜针残留在轨道上，偶然才会返回大气层，对航天器形成了不大不小的威胁。

因为“针雾”影响了天文观测，当时英国的天文学家与皇家天文学会一道对此次进行了抗议。苏联的《真理报》也以“美国玷污了宇宙”为题进行了抗议。这次事件最终被提交到联合国，并最后对1967年的联合国《外层空间条约》所含条款造成了影响。随着现代通信卫星的发展和遭到各界的抗议，针云技术最终未能获得广泛运用。

还有一种太空垃圾是无意为之，却也造成不小的负面影响。苏联在1980年至1988年期间发射了16颗海洋监测卫星，用液态金属钠作为星上核反应堆的冷却剂。为防止对地面造成核污染，卫星结束工作前，要把核反应堆抛到更高轨道。但这时冷却回路处于开放状态，金属钠泄露到太空，形成从3毫米到4厘米不等的碎片。截至1999年，这些碎片的数量有26万个之多，对附近航天器形成巨大威胁。

上述两种体积小，数量大的太空垃圾产生容易，清理极难。类似的做法很有可能启发掌握初步卫星发射能力的国家，用以作为在未来太空战争中“以小搏大”、对付航天大国航天器的撒手锏武器。

给垃圾“编号”

2008年10月7日，美国空军副部长佩顿在战略太空与国防年会上宣称，美国今后将通过天基太空监视卫星、太空篱笆等技术定位并减少太空垃圾。

所谓“太空篱笆”就是美国从1957年便开始经营的太空物体跟踪系统。该系统包括3个雷达发射站和6个接收站，分布在从乔治亚州的塔特纳尔到加利福尼亚州的圣地亚哥的广大区域。这些太空雷达发射持续的无线电波，像篱笆一样梳理地球轨道上体积大于篮球的物体。该系统每月进行500万次探测，每天可以探测1万个物体，并同时跟踪200个近地目标。

作为航天大国之一，中国也开始了这方面的研究。我国唯一专门针对“太空垃圾”的观测中心——“中国科学院空间目标与碎片观测研究中心”2005年在中科院紫金山天文台成立，为我国在太空领域建起安全预警系统。这个中心汇集了中国太空碎片研究领域十多位专家，研究范围包括建立太空碎片数据库；对已发现的太空垃圾进行实时跟踪监测；搜索尚未被发现的太空垃圾，对航天器发射和在轨运行时可能碰撞的太空碎片进行预警技术研究，并建立风险评估体系。为配合中心工作，紫金山天文台还在江苏盱眙建立1.2米近地天体探测望远镜，从中国上空经过的大部分“太空杀手”都能被这台望远镜监控到。为避开阳光和大气污染，观测将全部在夜间进行。

【位于马萨诸塞州“干草堆”的雷达，每年用600小时监测太空，是NASA发现厘米级别太空碎片的利器】

消除垃圾各显其能

预先知道太空垃圾的位置与速度便可以算出它未来的轨道，并通知有可能与之相撞的航天器改变轨道规避。但这只是消除太空垃圾的治标之策。要根除太空垃圾，还需从垃圾本身入手。

焚烧处理是一种比较常用的解决方案。例如，前面提到的国际空间站氨水罐就是一个被有意抛入大气层焚毁的垃圾。德国不伦瑞克科技大学的航天工程师卡斯滕·维德曼认为，这种技术同样适用于寿命已尽的人造卫星：卫星运行终止后，可以使之重新进入大气层并自行焚毁。另一种解决办法是将废弃的人造卫星发射到一条更高的轨道上，在这条所谓的“公墓轨道”上，运行的航天器寥寥无几，因此发生撞击的可能性也大大降低。

目前清除与回收太空碎片的方法有“激光扫帚”（用激光产生的光压推开微小碎片，或用热量气化太空碎片，适合直径1至10厘米的太空垃圾）；“太空垃圾网”（用高强度纤维编织的网络拦截太空碎片）；“机器清洁工”（带有机械臂的卫星机动到大块太空碎片附近，然后抓住该碎片）；“自杀式清扫”（发射航天器与大块太空碎片“对接”，使其速度降低，变轨至低轨道，进入大气层烧毁）等方法。但这些大都停留在设想阶段。眼下防范太空垃圾还是以“躲”为主，或者等待它们自己进入大气层烧毁。

【2112年的太空垃圾情况，上图是采取了减缓措施，下图为听之任之的情景】

阿瑟·克拉克在1979年出版的科幻小说《天堂的喷泉》中描写未来太空垃圾成灾，“必须被定位并一一处理。”人们展开大清扫行动，用装备有高能量激光的太空堡垒扫荡天空，用激光炮将所有垃圾蒸发。克拉克警告说，如果我们不采取行动，地球将被与太空隔离，我们将失去利用通信卫星，探索太空的能力。他写道，“我们将倒退回黑暗时代，地球将陷入混乱，疾病和饥饿将消灭大部分人类。”

美国一家航天技术公司则建议开发一种名为“太空牧羊犬”的装置，把太空垃圾逐个清出轨道。太阳能飞船上装备有数个“牧羊犬”（放飞到碎片附近的小型飞船），“牧羊犬”围绕太空垃圾飞行并寻找合适的对接点，一旦连接在一起就连同垃圾一起拖回大气层。每次小飞船都可以捕捉相当于自身质量数倍的太空垃圾。这听起来就像用牧羊犬围拢羊群一样简单，但现在的技术尚难达到。与之类似，王晋康在短篇科幻小说《太空清道夫》中也描绘了驾驶“太空清道车”回收太空垃圾的宇航员形象。

还有一种办法是给太空垃圾插上“翅膀”，让它们自己飞回地球。2010年3月，英国萨里大学的科学家公布了“立方帆”的设计，可以使较大的太空垃圾脱离轨道。立方帆展开后成为一块5米×5米的塑料薄膜，近地轨道上的稀薄空气分子作用在这层薄膜上，可使其缓缓减速。立方帆将单独发射并且在地面的引导下使用自身的动力来靠近太空垃圾。一旦和太空垃圾对接，它就会张开帆，把太空垃圾拖离轨道，坠向地面。

已经有太空环保主义者想得比近地轨道更远了。约翰逊航天中心的轨道碎片首席科学家尼古拉斯·约翰逊认为重返月球之前首先要考虑月球周围的太空垃圾。这些围绕月球运转的碎片会对未来的无人探月计划和载人登月计划构成威胁。它们都是以往人类进行月球探测的副产品，由各种航天器的碎片构成。因为月球引力场不均匀，这些碎片垃圾有可能冲出本来的轨道，以每小时5000英里的速度撞向月球表面。这不但会对登月宇航员的安全构成威胁，也可能破坏具有历史纪念意义的阿波罗飞船着陆点。

当然，所有这些都比不上不制造垃圾来得彻底。正如国际空间站项目经理迈克·苏弗里迪尼在氨水罐坠入南太平洋后所说：“国际空间站上的宇航员不会随便扔东西。我们有严格的政策，只有符合（自然降解）标准的东西才能抛入太空，让它进入大气层烧毁。”

看来，环境保护的意识已经延伸到大气层以外了。只有在不断完善的国际法和道德自律的双重约束下，太空才能逐渐变得清洁而且安全。

原文已发表于《科幻世界》

神舟八号已经追上了天宫一号，实现了我国航天器在太空中的首次交会对接。除了精准的轨道控制以外，让两者能够亲密接触的对接装置才是真正的关键所在。

航天器对接装置是用来实现航天器之间对接、连接与分离的装置。通过它，可以实现两个航天器机械、电气、液路的连接。二者通过对接组成轨道复合体后，可实现人员、物资的转移。目前已有的对接装置主要有“环-锥”式、“杆-锥”式、“异体同构周边”式和“抓手-碰撞锁”式4种对接装置。

[科幻插图中的非刚性对接装置]

根据使用要求，航天器对接装置可分为精确的刚性连接和在相对位移较大时的柔性连接。在大多数情况下，特别是在载人飞行时，必须采用刚性连接，以保证两个航天器不会因相对运动发射碰撞或解锁。

“环-锥”式对接装置

[“双子星座”飞船采用的“环-锥”式对接装置结构]

“环-锥”式是最早采用的对接机构，它由内截顶圆锥和外截顶圆锥组成。内截顶圆锥安装在一系列缓冲器上，能吸收冲击能量。美国的“双子星座”飞船与“阿金纳”火箭；“双子星座”飞船之间都采用了这种方式。

“杆-锥”式对接装置

[“阿波罗”飞船采用的“杆-锥”式对接装置结构]

[“阿波罗”飞船指令舱头部可见“杆-锥”式对接装置结构]

[苏联/俄罗斯的“杆-锥”式对接装置结构]

[“联盟TM”飞船头部可见“杆-锥”式对接装置]

“杆-锥”式对接装置由“杆”和“锥”两部分构成，前者装在追踪飞行器上，后者装在目标飞行器上。对接时，杆插入锥内，然后锥将杆锁定，接着拉紧两个航天器，最终锁定两个对接面完成对接。

[“杆-锥”式对接装置对接过程示意图]

美国“阿波罗”登月舱与指令舱之间；苏联/俄罗斯“联盟”飞船与“礼炮”号空间站之间；“联盟TM”飞船与“和平”号空间站之间，都曾采用这种对接装置。

“环-锥”式与“杆-锥”式在本质上是相同的。这两种对接装置虽然结构简单可靠、质量轻，但缺陷也是明显的：

• 两艘对接航天器上的对接装置不同，一艘是主动的杆，另一艘是被动的锥，二者不能通用。形象地说，二者类似于螺杆和螺母的关系。杆相当于“螺杆”、锥相当于“螺母”。带有“杆”的航天器只能主动去“追”带有“锥”的航天器并与之对接，反过来则不行。所以不利于实施太空营救。
• 对接杆和锥都位于对接口中央，占据了部分通道空间，影响了航天员的进出。

“异体同构周边”式对接装置

[苏联“联盟-19”飞船与美国“阿波罗-18”飞船对接使用的装置]

[“联盟-19”与“阿波罗-18”成员组在飞船模型前合影，对接装置清晰可见。]

为使航天员和货物能够直接通过对接通道实现转移，苏联和美国在1975年共同研制出异体同构周边式对接装置。 当两个航天器接近时，三块导向瓣分别插入对方的导向瓣空隙处。对接框上的锁紧机构使两个航天器保持刚性连接。

“异体同构周边”式对接装置有效克服了“杆-锥”式机构的缺点，这是因为：

• 对接装置是异体同构的（也就是“雌雄同体”，又可以做螺杆、又可以做螺母），航天器既可作主动方，也能作被动方，这一点对实施太空救援尤其重要；
• 对接装置是沿周边分布的，所有定向和动力部件都安装于舱口的四周，从而保证对接装置的中央成为来往通道空间。

[航天飞机与“和平”号空间站、航天飞机与国际空间站等对接采用的装置]

随着航天器的尺寸和质量不断增加，苏联又研制出可供100吨以上航天器对接使用的异体同构周边式对接装置。对接通道直径增大后，两个航天器连接刚度也得到提高。航天飞机与“和平”号空间站、航天飞机与国际空间站的对接都采用了这种装置。

[俄罗斯APAS-89对接装置]

[中国的对接装置]

神舟八号和天宫一号所采用的对接装置，也是“异体同构周边”式对接装置。有网友分析称，中国可能向俄罗斯借鉴了APAS-89对接装置。这种装置原本打算用在“暴风雪”号航天飞机与“和平号”空间站的对接上。

“抓手-碰撞锁”式对接装置

[欧洲空间局的十字形对接装置]

欧洲空间局研制的十字形对接装置与日本研制的三点式对接装置均属于“抓手-碰撞锁”式。二者只是布局上的差别。十字形对接装置是欧洲空间局研制的非密封、无通道的对接装置，仅用于无人航天器之间的对接。因其撞锁和连接器呈十字交叉分布而得名。日本的三点式对接装置则在周边布置三个抓手与撞锁，也只适用于无人航天器的对接。

国际通用标准

[新近在国际空间站上使用的“国际低冲击对接装置”(iLIDS)结构图]

鉴于上述对接装置结构各异、标准不一，可能对未来的国际太空合作形成阻碍。美国国家航空航天局（NASA）宣布，国际空间站多边协调委员会批准了一项太空对接标准，为未来的载人飞船、无人飞船、以及低轨道和深空探测任务飞行器，提供一种通用的对接规范。该委员会成员包括了NASA、俄罗斯联邦航天局、日本宇宙航空研究开发机构辅助的日本文部科学省、欧洲航天局和加拿大航天局。其目标是创建一个标准的接口，让两种不同的飞行器在太空中对接，减轻新兴国际合作空间任务开发进程中的难度，使得各国之间的太空救援成为可能。

此刻，神舟八号已经与天宫一号成功实现了对接，由于采用了“异体同构周边”式对接装置，神舟八号与天宫一号亲密接触的“部位”在构造上是一样的。从这个角度来看，把这次交会对接称为太空之吻，确实相当“科学”呀。

参考资料：

• 巡天神舟——揭秘载人航天器，中国宇航出版社，2011.6
• 载人飞船工程概论，国防工业出版社，2000.8
• http://dockingstandard.nasa.gov
• http://lt.cjdby.net/thread-1159078-1-1.html

本文已发表于果壳网 创意科技主题站 《神舟八号如何与天宫一号亲密接触》

演化法则

有一种技术研究理论认为，技术的发展过程类似生物进化。人造物品在人类社会与自然界共同构成的“技术生态系统”中不断发生变化，优胜劣汰、适者生存。持这种论点的研究者可以把形态各异的锤子依年代先后和发明者关系绘制树状图，从中揭示锤子的发展演化过程。然而，技术进化理论属于技术史的范畴，其视角是面向过去的，并不注重当下和未来。

猛犸的新书《未来在现实的第几层》为技术进化的研究者提供了一个面向未来的多样性的标本库。在这里，消费电子技术进化得足够快，几年时间就可以积累足够明显的变异。用这些标本观察技术进化的微观过程，一定能得出有趣的结果。

该书第一部分的11篇文章描述了显示技术的多样形态。它们在整体上构成一幅五光十色的技术谱系，互相独立又有千丝万缕的关联。比如，OLED和电子墨水虽原理不同，但都运用了像素技术。如果说上述文章是技术素描，那么《繁殖的机器》、《思考的机器》、《黑色技术》三篇文章则是技术小传，以时间为脉络梳理了“自我复制机器”、“智能机器”和“计算机病毒”的进化史，表明作者对常规技术史书写的重视。

技术的特性

技术哲学家恩斯特-卡普认为最早的技术都是人体器官的投影。未来技术不会抛弃这一点。发明家永不满足于对人体功能的模仿。他们总要造出更合用的义肢（《让残肢消失》）、义眼（《用什么代替眼睛》），乃至要超越人体局限，将大自然赋予鸟类的飞翔天赋挪用过来（《飞天背包》）。甚至，自然界里不存在的能看透事物表象的功能，目前也通过智能手机部分实现了（《用数据增强世界》）。

常言道“需要是发明之母”。现代人不断变化、日益提升的需求确实催生了大量新技术。本书中这样的例子有很多：因为飞行员、外科医生工作时腾不出手来操作电脑，就需要一种能用视线操纵的系统；因为传统电子游戏已不能满足玩家对肢体互动的需求，基于动作捕捉技术的“善解人意的游戏机”便应运而生；因为生产数据的速度开始超过生产存储设备的能力，拥有超多读写头的存储芯片被开发出来；因为乱糟糟的电线碍眼又浪费，无线供电系统一直在完善中……这些被需求催生的新技术有的是“无中生有”，但更多的是在多项已有技术上做“加法”构成的。渐变使技术长河永远水量充沛，不至于断流。

当“加法”越做越多，量变到质变的飞跃就可能出现。这就是“技术奇点”——技术之间的结合与相互促进会使技术文明以指数方式加速发展，并发生彻底变革。信息技术革命就是伴随着这样的技术奇点发生。至于下一个技术奇点是什么，本书作者认为“那可能是人工智能超越人的智能，也可能是人们可以直接以意识方便地和计算机沟通，以及由此引发的‘智能大爆炸’。但是在智能大爆炸之后还会发生什么，没有人能够预测得出。”

未来技术博物志

本书提到的技术，都是已经或即将进入生活，环绕于人体四周的技术。我们将直接体验它们、改进它们、并将因它们而改变行为方式。这种在技术丛中探索、找寻、受挫、嬉戏的生活与古人在自然界与动植物共生的行为十分相似。古人的这种生活体验能催生博物学，在人们与技术建立起共生关系的今天未尝不能产生新的技术博物学。

普林尼的《博物志》虽不是以进化论和科学的分类学为统领，但不妨碍其价值。《未来在现实的第几层》或许也具有同样的博物价值。关心技术发展的读者可以从书中一窥未来“人工自然”的生态图景。关心人类文明命运的读者也需要好好读读这本书。因为，现在和未来仅以技术为界，而技术不但是生命的延伸（凯文·凯利语），更是人的存在方式（吴国盛语）。这本书不是未来技术发展的路线图，它更像一张未完成的拼图。它铺陈了未来世界的种种技术片段，并试图将其连缀起来。至于拼图本身，还要靠你我这样的技术使用者与发明者一道完成。

已发表于2011年9月25日《南方都市报》

早在20世纪初，得知居里夫妇提炼出放射性元素镭之后，俄国航天之父齐奥尔科夫斯基就预言："一吨重的火箭只要用一小撮镭，就足以挣断与太阳系的一切引力联系。"

那时科幻作家给予这种新能源以充分的关注。H.G.威尔斯在1914年出版的科幻小说《获得自由的世界》中设想了核武器运用在战争中给人类造成的苦难。1926年，雷金纳德-格罗索普在科幻小说《太空孤儿》中第一次将原子能与炼金术联系在一起。 但只有科学家在1938年发现了核裂变的秘密后，核武器及核动力才有可能成为现实。

图1：原子弹爆炸

1944年，德国的火箭武器V-2飞弹首次袭击伦敦；1945年，原子弹成为现实。火箭与核动力在20世纪中叶一直是科幻作家钟情的主题，有识之士已经把二者结合在一起。 阿西莫夫在《基地》系列《市长》（1942年初次发表时名为《笼头与马鞍》）一篇中设想，银河边缘的星区文明衰落了，原子能源被遗忘，科学渐渐变成了神话。掌握原子能的科学家变为神职人员一样角色。在那个小王国合纵连横的时代，驱动两英里长皇家旗舰的是"原子反应炉"。这种驱动太空战舰的原子反应炉也就是我们下面要介绍的核动力火箭。

"猎户座"乘原子弹上天

20世纪50年代，核电站、核动力船舶、核动力飞机等技术设想层出不穷。大胆的科学家把目光投向了美国和苏联逐渐膨胀的核武库，他们打算把这些核弹作为火箭燃料，推进飞船飞向遥远太空。这个铸剑为犁的计划就是"猎户座核火箭计划"。

核火箭的技术论证最早出自美国核科学家乌拉姆。其原理是使一颗颗小型原子弹在飞船尾部相继爆炸而产生反作用力推动飞船前进。如果每颗原子弹的爆炸当量为1000吨TNT，估计爆炸50颗原子弹后飞船速度可达12千米/秒。1958年，美国核科学家泰勒在此基础上提出了"猎户座"计划。按照泰勒的设想，每颗原子弹的爆炸当量为2000吨TNT（在大气层外），爆炸50颗这样的原子弹后，飞船的最大速度可达70千米/秒。该火箭可以用来发射大型载人行星际飞船，可以用125天飞到火星，用3年时间飞到土星。

图2：猎户座火箭外形

泰勒在美国核武器研发机构洛斯阿拉莫斯的专业是核武器效用，他是核弹小型化方面的专家。他也了解成型爆破技术，即如何控制爆炸碎片精确定向。泰勒采纳了乌拉姆的"推进盘"构想，把推进物和核弹组合在一起，成为一个脉冲单元。根据泰勒的设想，猎户座计划中的飞船将携带数千枚小型核弹，当飞船需要动力时，宇航员就从船尾释放出一颗原子弹，接着再释放出一些由含氢塑胶制成的固体圆盘，当飞船驶出一定距离，原子弹将在飞船后面爆炸，瞬间将塑胶圆盘蒸发，将其转化成高热的等离子体。这些等离子体会向四面八方冲击扩散，其中一些将会追上飞船，撞击飞船尾部巨大的金属推进盘，从而推动飞船高速行驶。飞船上还设计了一个震波吸收系统，可以把冲撞到金属推进盘上的能量储存起来，并逐渐释放出去。

图3：核裂变原理

由于不清楚飞船尾部的巨大推进盘是否会被核爆炸后产生的高温等离子体熔化或腐蚀，科学家用氦离子发生器进行了模拟测试。通过试验发现，瞬间高温的等离子只会对金属推进盘表面产生轻微的腐蚀，其程度甚至可以忽略不计，没必要设计专门的冷却系统，并且普通的铝和钢就足以做为制造金属推进盘的材料。

猎户座计划的工作者们建造了一系列模型，用以测试铝制的推进盘能不能承受化学爆炸的瞬间高温高压。一些模型在实验中被毁，但是1959年一个火箭模型使用6个普通炸弹成功地飞行到了100米的高度，证明了脉冲推进是能够稳定飞行的。这次试验也证明，推进盘应该是中间最厚、向边缘逐渐变薄的形状，才能达到最高强度和最低重量。

根据计划，猎户座火箭将从美国内华达州杰克斯平地核试验场发射升空，整个火箭和飞船加在一起有16层楼高，外形像一颗钝头子弹。飞船尾部的推进盘直径达41米，发射平台由8个高达76米的发射塔组成。在起飞阶段以每秒一枚的速率引爆100吨TNT当量的小型原子弹；而当飞行器达到一定速度后，引爆速率将下降到每10秒一枚，不过这时抛出的将是2万吨当量的核弹。这个方案要求火箭一直垂直向上飞行直至冲出大气层（化学能火箭通常在大气层内一定高度就开始转向），这样可以使放射性沾染降到最低。当火箭被发射升空后，它的尾部每10秒钟就要爆炸一颗相当于2万吨TNT当量的小型原子弹。

图4：猎户座火箭在核爆炸中飞上天空

现在看来，猎户座计划几乎没有任何明显的技术缺陷。然而，它却有一个最大的弱点，那就是它依赖于原子弹爆炸做动力。当它在大气层内飞行时，必将释放出核辐射尘污染地球环境。这也正是猎户座计划最终没能实现的原因之一。

曾参与"猎户座"计划的物理学家弗里曼-戴森和他的伙伴通过计算表明，"猎户座"火箭发射造成的环境污染不会超过核试验的百分之一。但这百分之一却改变了科学家们的抉择——"猎户座"火箭每一次升空释放出的放射性废料及落尘对地面生物的影响，大约会造成0.1-1个人死于癌症。和平主义者戴森后来回忆说："一想到我做的事是在现有（放射性）落尘量上增加百分之一，我（对核火箭）的热情便不由得冷却下来。"

图5：猎户座火箭冲出大气层

1963年签署的《禁止在大气层和外层空间进行核试验条约》从法理上宣判了任何在大气层内点燃的核火箭为非法。1965年，"猎户座"计划研究终止。该计划雄心勃勃的口号"1965年到达火星，1970年到达土星"永远没能实现。好在这个光辉的想法在科幻中获得了新生。在科幻电视剧《星际迷航》第一季（1966-1969年播出）里有一集名为"世界是空的，我摸到了天空"，讲述了一个种族将一颗铁质小行星掏空改造为世代飞船，运用猎户座式的核弹脉冲发动机，在太空中前行了30光年，历时一万年。

在接下来的岁月里，经历过三里岛、切尔诺贝利等核事故的公众，对在太空计划中采用有潜在核污染可能性的核火箭持保留态度。核火箭的舞台，只能从更遥远的深空找寻。

飞向恒星：代达罗斯计划

图6：代达罗斯飞船

"代达罗斯计划"是英国星际学会在1973至1978年之间倡导的研究计划，提出使用核聚变火箭推进的无人飞船对另一个恒星系统进行快速的探测。该计划设想在一个人的有生之年——50年——之内，抵达另一颗恒星。距地球6光年的巴纳德星被选择为该计划的目的地。

根据上述要求，火箭工程师阿兰-邦德率领的13人研究小组提出了核聚变火箭的构思。它的核聚变火箭不是在像猎户座那样在外部爆炸原子弹，而是依靠内部的发动机，在一个磁场构筑的"燃烧室"中，向核燃料球发射电子束，产生离子。用磁场限制等离子体的办法维持持续的核聚变。这将比猎户座计划的核裂变更高效，因为猎户座计划中原子弹的大部分爆炸能量都没投射到船体上转化为动力。

图7：核聚变原理

设计中的代达罗斯火箭比猎户座火箭更加庞大。虽说是一台无人飞船，但这个无人飞船重达5.5万吨，相当于半艘尼米兹级核动力航空母舰的重量。长度达到190米。这是一艘真正的星际飞船，其中5万吨都是燃料的重量。科学仪器重量只有区区的500吨。因为实在太大，无法一次发射到太空中，这台探测器只能在地球轨道上利用微重力环境组装。代达罗斯火箭由两部分组成，第一级火箭工作2年，把飞船加速到光速的7.1％。之后第二级火箭工作1.8年，把飞船加速到光速的12％，然后关闭发动机，在茫茫太空中依靠惯性滑行46年，最后到达目的地。因为在太空中要经受住极低温的考验，飞船外壳大量使用了铍，使飞行器在低温中仍然能保持结构强度。

图8：代达罗斯飞船设计图

火箭的核聚变燃料由氦-3和氘构成，氦-3是氦的一种同位素，原子核里有两个质子和一个中子。地球上没有氦-3，为了获取代达罗斯飞船需要的3000吨氦-3，当时科学家们设想在木星的卫星上建立飞船组装基地，将在地球上制造的飞船部件，运到这个基地组装，并利用木星上丰富的氦资源来制造氦-3燃料。当然，现在已经探测到月球表面也有大量氦-3，所以不必舍近求远了。至于氘（氢的一种同位素），可在地球的海水中提取。

代达罗斯的推进系统是核聚变脉冲火箭，它巧妙绕开了1963年的部分禁止核试验条约。代达罗斯所依赖的聚变脉冲对环境影响小，不受条约限制。按照设计，氘和氦-3组成的混合燃料球由高能电子束在惯性约束反应室中点燃并爆发，爆发产生的离子气在磁场的约束下以每秒1万千米的速度排出船尾，以作为动力的来源。每秒代达罗斯需要消耗250个燃料球。

1978年，英国星际学会公布了代达罗斯计划的最终方案。该计划给出了有史以来第一份详细的核动力飞船设计图，旨在论证可能性。但直到今天，代达罗斯所需要的大量核心技术仍是纸上谈兵，没有核聚变火箭，没有木星开采技术，在轨道上建造几万吨的航天器也近乎天方夜谭--只有区区300多吨的国际空间站就花费了20年时间进行组装建设。

图9：科幻片《冲出宁静号》剧照，剧中飞船使用核聚变发动机

项目的花费也是大问题。将几万吨的载荷发射进入地球轨道所需要的费用已经是天文数字了，何况代达罗斯用到的金属铍开采提炼均非易事，故而每公斤价格高达几百至上千美元。单单是代达罗斯的偏转罩就需要50吨的铍。因此这样的计划就算真的要变成现实，也必然会以大型国际合作项目的面目出现。即便如此，代达罗斯计划仍是目前研究论证最完备的核聚变火箭计划。它的构想影响了许多科幻影片：从《异形》到《阿凡达》，从《Wall-E》到《冲出宁静号》，这些影片无一例外都把核聚变发动机作为推动庞大飞船的"常规"推进方式。

核污染：核火箭不能承受之重

核火箭无疑是解决宇宙航行动力问题的重要发展方向。但是在公众眼中，核能总像一把双刃剑，在释放巨大力量的同时，也隐含着巨大的危险。

核火箭最大的隐患是核辐射。泄露核辐射对宇航员健康可能造成威胁。如果屏蔽不好，核火箭飞船内的辐射量相当于宇航员每天要做8次X线胸部透视，较长时间的作用会对宇航员的身体造成严重的伤害。

历史上曾有多颗核动力卫星失灵对地面产生威胁，这些都是未来核火箭的前车之鉴。2009年2月10日，美国 "铱-33"通信卫星和已经停止工作的俄罗斯"宇宙-2251"在北西伯利亚上空发生碰撞。"宇宙-2251"携带有核动力装置，此次碰撞形成了具有潜在核辐射危险的太空碎片。目前，使用核电源的30颗俄罗斯卫星和7颗美国卫星运行在距离地球800千米到1100千米的轨道上，在那里相似的碰撞还有可能发生。这么多卫星意味着大约40次的"潜在核爆炸"。如果其中任一卫星碰到太空垃圾碎片，它将减速并最终重返大气层，在地球上空和地面释放辐射。

图10：核动力火箭如果在地球附近爆炸，会对地面造成核污染

自从1978年苏联核动力卫星"宇宙-954"在加拿大坠毁并造成地面核污染以来，联合国负责和平利用外太空的科学与技术委员会一直在关注太空核反应堆的应用。它的调查构成了联合国会员大会1992年12月通过的名为"关于在外太空使用核动力电源的原则"决议的基础。根据决议，只有当它们的应用绝对必需之时，核反应堆才可以被用于外太空，并且在太空任务完成之后，装备了核反应堆的卫星应该被置于足够高的轨道，在那里对现有和未来的外太空任务的威胁和与其他外太空物体碰撞的概率都很小。

在世纪之交，一些国际科学团体认定，没有核发动机和核反应堆就不可能有效地探索外太空。核能它可以被用于加速行星际飞船，并为飞船上的设备提供能量。因此，必须找到一种方法来确保核装置的辐射安全。高效核燃料镅的出现，催生了核动力飞行的一种最新方案。由于镅产生裂变反应的临界状态的质量只需铀和钚的1％。因此其裂变极易发生，而且一经发生就会持续下去，这样就可以大大减少宇宙飞船需要携带的燃料。这不但缩短了宇宙飞行的时间，也降低了万一发生坠毁事件时核污染的程度。使用镅的核火箭有望于2020年前后研制成功。

飞往火星：核裂变火箭重获新生

图11：科幻片《天地大冲撞》中"弥赛亚"核动力推进飞船模型

苏联的核技术与美国一直呈分庭抗礼之势。在1998年的科幻片《天地大冲撞》中，编剧安排俄罗斯人拥有一艘名为"弥赛亚"的核动力推进飞船。故事的现实版本是，2005年俄罗斯科学家提出了使用核动力探索火星的新方案。根据这一方案，俄罗斯人有望于2017年向火星派出科学考察队。该方案使用的核火箭将采用固体堆芯式核裂变火箭发动机。这种发动机的核心是一个小巧玲珑的核反应堆，用含铀235或钚239的浓缩物制成堆芯。启动时将液氢打进堆芯，液氢受热后迅速变成摄氏几千度的高温气体，从尾喷口高速喷射出来，产生巨大推力。这种核发动机在技术更容易实现，也比化学火箭更经济。

图12：飞往火星的核火箭

若飞船以化学火箭推进，抵达火星需要9个月；以核火箭推进，速度可达每秒24千米两个月之内就能到火星。从长远看，核火箭还能推动载人航天器到太阳系空间遨游。但是用核动力火箭推动载人飞船，就必须高度重视核动力存在的安全隐患，特别是核辐射对宇航员健康形成的威胁。

正因如此，美国宇航局从2003年初开始研制的核动力火星飞船是不载人的。它也采用固体堆芯式核裂变火箭发动机。发射时先用化学燃料火箭将它送入800千米以上的绕地轨道后，核火箭才开始工作，推动飞船冲出地球引力范围，最终抵达火星。

图13：美国Sandia国家实验室，用来进行核聚变研究的"Z机器"

自从广岛与长崎之后，一个毁灭的梦魇就在人类头上挥之不去。掌握了如此巨大力量的人类将走上自我毁灭之路还是继续发展下去？有识之士通过开发核技术的和平运用给出了自己的答案。戴森曾这样为猎户座计划的意义做告白："我们第一次想到如何使用一大堆库存原子弹，但不是用来杀人，而是有更好的出路。我们的目标与信仰，是用那些曾在广岛和长崎沾满血腥的原子弹，为人类敲开一扇通往苍穹的门窗。"

本文已发表于《科幻世界》2011年第6期