趕往火星: 紅色星球定居計畫(The Case for Mars: The Plan to Settle the Red Planet and Why We Must, Robert Zubrin & Richard Wagner)
"The Case for Mars"原文是個接近內文意義的書名.而副標還用了settle這個字,更是清楚的說明了作者的意圖思維,這本書其實是從一個有關於人類登陸火星試圖殖民的全計畫"Direct Mars"的部分內容改寫而成,加上了大量關於發射火箭,登陸,探索,開發,在未知星球生活所需的準備與構建等等知識而組成.個人以為這本書相當的不錯.有論述,有疑惑,有企圖,也敢突破.兼具高度的科學知識,生活應用知識,工程,管理,等不同領域的專業結合,且作者並非單純的技術人,文中還存在著論述探索火星甚至殖民開發對於人類或說美國人的意義,他們在書末後記中開端引用的竟然是前面我才剛剛讀過的特納(Frederick. J. Turner)的"邊疆理論",探索並殖民火星對本書作者Zubrrin等人來說,就是一個試圖建立新的邊疆的活動.
"Direct Mars"並不是美國官方NASA的計畫,而是一家美國的私人公司Martin Marietta提出的研究方案,方案的執筆人之一正是本書的作者Robert Zubrin.他們為什麼要提出Direct Mars呢?這是因為原本美國的官方確實曾經想過執行載人太空器降落火星並登陸的計畫,但後來因故被取消了,甚至可以說終止了.而Zubrin等人想要挽回人類登陸火星,於是便提出了Direct Mars.美國早在1989年就由老布希總統宣布了後來被稱為太空探索計劃SEI(Space Exploration Initiative) 的計劃,SEI的長期計劃將實現人類前往火星登陸探索的任務,但後來估算SEI項目成本確定長期支出總額約為 4500 億美元,這巨資嚇壞了美國國會,於是SEI 的所有資金請求後來都被國會拒絕了.不得已NASA於1992正式宣告放棄了近期人類探索地球軌道以外的計劃,轉向更快,更好,更便宜的機器人探索策略,所以我們近年看到美國雖然依舊有在執行火星探測任務,但全是以機械人或動力車方式登陸火星,用遠端遙控的方式來執行,不見人類登陸的可能.
Zubrin等人以"Direct Mars"來遊說美國政府與政客,告訴他們,Direct Mars只需要花費500億美元以下,就能達成人類登陸火星,並展開探索,研究,甚至是定居,殖民,開發的可能.Zubrin等人認為SEI登陸火星計畫長期之所以估計要花到4500億美元的支出,在於它計畫的技術想定與目標都是有問題,甚至可以說是錯誤的.如同我們前面在"阿波羅是如何飛到月球"讀到的探討登月飛行方式,路線,與設備的結合時曾考慮一次發射直飛,兩次發射飛到地球軌道結合的討論一樣,那時NASA計畫登陸火星共有三種發射與結合方式的探討與爭論,最後才選擇了後來定案執行要花4500億的那種.SEI登陸火星計畫用的方式是將需要的艙位,設施,登陸設備分幾次發射,然後於地球軌道上結合後再轉往火星,也就是必須先在地球軌道建立一個類似船坞的太空站,所有德設備將至此結合,加上去火星的旅途時間將是去月球的150倍,所以去程回程所需的燃料載重,這就需要研製更多更大推力的火箭,與更多的相關設備,以至於成本暴增,且因為設備因素最後人類竟然只能在火星待個2周,對於Zubrin來說如同是花了4500億找幾個太空人去火星觀光兩周,對人類沒有實質的益處,只是在政治宣傳上有利於政客個人而已,因此他的Direct Mars就拋開了這種想定,而以未來能持續進行登陸火星,移送人類定居,甚至殖民開發資源為目標.
Direct Mars計畫開始即敘述並追問火星是一個怎樣的星球?!.這個目的其實與作者們的發射想定是有關係的,火星是一個充斥著二氧化碳的星球,大氣層稀薄,氣壓低,地表無水,但不排除地層中含水,人要存活期上,一需氧,二需水,Direct Mars的基本想定就是利用火星原本的天然條件來協助達成計畫並降低成本.Zubrin發現SEI 計劃中的根本缺陷,所以任務策略的替代方案擬定將涉及更長在火星停留時間,更快的飛行路徑形式結合級任務,就地資源利用和技術直接從地球表面發射到火星,而不是在軌道上或由天基船塢組裝.他提出極其簡單,精簡和強大的策略,他們利用火星當地資源,輕裝上陣,在火星陸地上生活的目標.這個目標最先的想定就是在火星上生產回程與在火星探索途中所需的所有燃料,而不是從地球發射時帶著一堆龐大的燃料去旅行整個過程,也就是在地球準備發射時所需的燃料,在火星製造回程時需要的燃料,即可大幅地降低費用.
在Direct Mas計畫中預計在返回地球火箭與在火星探勘設備上的動力來源有兩種,一是火箭常用的甲烷和氧燃料,另外可採用核動力,然而第一種的用量相當大,超過了100公噸,如果直接從地球帶去,將是一筆非常巨大了資金浪費,因為那將製造推力與動力都較為龐大的飛行設備,Zubrin他們藉由簡單的化學原理,認為只要攜帶能5公噸經由安全膠化的氫,透過一個簡單設計的化學作用設備,便能利用與火星空氣中存在大量的二氧化碳結合,透過化學變化來產生甲烷與氧,如此便有了需要的動力來源.實務上只要提早幾個月將這套設備先行發射登陸火星並以機器人操作運作,如此等後續要登陸的太空人發射時就不需要帶著一堆東西,而能輕裝上陣,只要到時兩個設備能夠結合,便能利用已經產生的甲烷與氧.而如此設備產生出來的燃料除了可以供回程發射與火星探測車的需要外,還能額外的產製氧氣,甚至供未來繼續運作,因為在Direct Mars計畫中太空人將停留在火星上超數個月甚至1年以上,加上後續的其它新的登陸者的需求,此時有穩定的燃料來源將有助於後續開發探索甚至長期居住的需要.
登陸火星之後要做些甚麼?這主要與目的相關連.Zubrin等人的想定與NASA即美國政府大不相同,NASA可能只討論過短期的目標,就是對於火星地質與星球環境的探勘與研究,美國政府想達到通常無非是政治上的作用與功能.但是Zubrin等人想的則是火星殖民與資源開發,所以書名的副標用了settle.既是殖民,就要長期的定居,所以要考量的環境範圍的變化與所需的設備,及其功能就遠非NASA兩周的探看所想的範圍.同時要考慮殖民者的食,衣,住,行,交通,通訊等生活上的方方面面.火星因為距離太陽比地球遠,所以較地球為寒冷,是個二氧化碳充斥且大氣稀薄的星球,至少它的極冠就是二氧化碳凝結成型的乾冰狀態,從過去的探索知道,它可能曾經有海洋,曾經是溫潤的星球,目前地底也可能存在水源.為了定居,於是本書從如何探索水源,或是運用物理的方式從火星土壤中加壓取水的介紹,如何在火星上空軌道上佈上通訊衛星,加上透過無線電頻譜形成火星的通訊網路,如此便能方便殖民時的通訊與定位需求,如何的利用火星本身存在地底各種元素礦物的開採於當地製造從冶金,陶瓷,到塑膠,甚至於如何蓋屋防止太陽耀斑,從火星富含氫碳氧氮元素的土穰中提出能提供種植植物與作物的成分,將它變成了可能的食物,比如以溫室栽種,如何建立溫室,甚至要考慮長期生活需要的能源,從太陽能電力到地熱發電等概念到實作,從觀念到可行每一步都幾乎提出了Zubrin自己的看法與做法,從生活居住的面向全方位的提供了各種需要,需要的障礙,及如何突破這些限制的方式,其中不單有艱深的科學知識,也有很多其實是透過常識轉變而來的概念應用,因此本書不是建立在一種空想的外太空幻想上,而是到處充滿著科學原理,大膽想像與付諸實踐方式的論述.
另外一個超乎想像的便是"利用溫室效應",利用它的目的就是想將火星變成另一個可能的地球.火星地表沒有海洋,它的實質面積大約與地球的陸地相等,在Zubrin等人設想中,它是一顆類似地球的行星,其中與地球可見的最大差別是"冷",加上它大氣稀薄,人類若在其上長期生活可能將會受太陽耀斑的影響,因此Zubrin竟然想到了解決這兩個生活問題的關鍵便是當前危禍地球的"溫室效應".如果能在火星產生製造出溫室效應,一方面能夠讓火星的溫度上升更適於人類生活,另一方面這些溫室效應會造成極冠中的二氧化碳作用轉以氣的型態重回大氣層,如此火星的大氣層有機會變厚,便有助於人類在其中長期生活不受太陽耀斑的影響.而為了造成溫室效應Zubrin竟然還提出了三種人造屋是效應方式,每一種其實都是從今日人類活動影響地球環境的行為中所觀察並實驗得出.而作者們之所以要這樣無所其極的做出各種極端甚至有些荒謬的科學探索與實驗,極其論述,目的真的是為了人類可以移居火星生活為目標出發的,而不是只是單純的政治宣告或是科學探索而已,因為對他們來說,人類移居火星不是單純的好玩或是政治訴求那麼簡單,它是人類發展的必要,也是未來人類的進步的希望來源.
在人類移居生活上,作者們做了一個預估表,即每年送100人到火星生活永遠定居,10年後,20年後,甚至60年後火星會有多少人?這些費用要花多少?能夠產生哪些的利益?是否值得?如果稍微仔細閱讀,會發現作者是以"美國"的角度來思考這個問題的,並提出各種可行性的,也就是我們一開始所說的"邊疆理論"的再現.作者在後記中寫道,"前線"充滿著未知,不確定,因此為了冒險,為了存活,邊界激發北美括荒者的勇氣,智慧,生活能耐,所以美國人才有今日的生活.一旦"前線"消失了,那麼原先的人將被日常生活的平凡,逸樂,與重複給磨滅而轉為平庸,甚至怠惰,將造成技術的衰退與黑暗的時代,這裡的"前線"概念就與特納的"邊疆理論"完全一致,只是Zubrin等人很明確的完全同意了特納的觀點.所以很容易地能難出書籍暗示"火星"就是今日美國新的"邊疆",是當前其他國家還沒有能力使用人力登陸探索,甚至墾殖開發的處女地,宛然400年前的北美一樣,它是美國的機會,它可以帶來新的資源,可以誘發創新,新的研究,所以也將是人類的機會,因為光是從火星及其更遠的小行星帶中各種礦物元素的開發價值在他們預估裡都比那些送到火星長期居住的花費成本高出太多,因此他們認為美國人登陸火星並展開殖民甚至怕人長期移居是一個值得進行的計畫,它將創造源源不斷的新的稀有資源,透過新的邊疆,美國將可繼續持續的領先其他國家.
當然Direct Mars原是一個用來遊說政客與政府的太空計畫,自然會把效益/成本比寫的誇大來吸引人,加上它原來就是針對4500億成本過高的另類提案.不過,除卻一些過於夢幻的訴求,我們能從書裡學到不少的知識與觀點,一方面是關於從火箭發射,航行,到登陸火星相關的各種層面的科學知識,常識,另一種是關於結合了管理與技術選擇間的拿捏權衡的決策問題.而這本書除了在許多的科學技術細節解釋得非常清楚外,還能看清楚寫作者不是一個只懂科學,系統,工程管理的數學怪物,而是兼具著人文思維與生活經驗樂天的經濟發展技術派,所以書籍在科技與人文兩方面上都有著相當的水準的探討,頗值得一看.以上.
留言列表
