緒論　過去、現(xiàn)在和未來

1947年10月，由查理·“查克”·葉格（Charles“Chuck”Yeager）上尉駕駛的火箭引擎飛機“迷人的葛蘭妮號”（Glamorous Glennis）劃破天際。這次飛行標志著第一批現(xiàn)代航天領域工作者取得了成功，這些工作者包括科學家、工程師、技術人員、管理人員、飛行員和“平凡”的工人。從某種意義上講他們是如此的平凡，因為他們在工具和機器方面的技能可以在任何制造廠中得到應用。但他們又是如此的非凡，因為他們的工作質(zhì)量會帶來反差極大的后果：成功或是慘劇，生或死。

在所有太空計劃中，成就最高的無疑是阿波羅登月計劃。仿佛全人類都跳進了時空機器然后瞥見了未來。從1961年肯尼迪總統(tǒng)發(fā)起動議，到1969年首次登月，數(shù)以千計的科學家、工程師、技術人員、管理人員、飛行員和非凡的工人付出了巨大的努力來完成這一壯舉。超過30萬名技術人員在8年間獻身于登月計劃并且最終成功將尼爾·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）和巴茲·奧爾德林（Buzz Aldrin）送上了月球表面。1

然而，登月計劃不只是一項技術上的成就。美國國家航空航天局（NASA）及其宇航員們激勵了一代又一代的人投身于能夠改變和提升我們生活的職業(yè)當中。他們通過阿波羅登月計劃，發(fā)展出了各種新技術并展開了無數(shù)的新探索，讓我們有了更強烈的動力向前進發(fā)。他們的創(chuàng)新提高了人類探索太空的能力，也創(chuàng)造了更多的航空航天就業(yè)機會。許多受登月計劃激勵的人為本書的創(chuàng)作做出了貢獻，他們希望他們對太空的探索能夠具有感染力。

但是，單靠靈感無法讓我們登上月球和火星，這些活動都需要資金。在阿波羅計劃之后，美國政府決定削減星際探索的資金，轉(zhuǎn)而將其用于地球上的事務。我們并沒能沖進太空，反而是艱難地在這條道路上前行。

在阿波羅計劃之后，太空計劃的規(guī)模逐步縮小，最后只剩下了天空實驗室（Skylab）、阿波羅-聯(lián)盟測試計劃（Apollo-Soyuz）和航天飛機。幸運的是，我們從來沒有完全放棄過太空。國際空間站（ISS）仍在運行和維護，材料加工和生命科學方面的實驗也依然在進行著。雖然航天飛機計劃結束了，但俄羅斯仍然不斷地將宇航員送進國際空間站，美國的私營太空運輸公司也開始接替航天飛機，中國也派出了“玉兔二號”月球車前往月球背面執(zhí)行探索任務。

幾十年前，如果美國沒有放棄對太空的探索，沒有終止對長期計劃的支持，我們現(xiàn)在可能已經(jīng)登上火星了。但本書想表達的并不是對過去的遺憾，而是對未來的期望。我們現(xiàn)在真的在前往火星的路上，這需要大量的人才和濃厚的興趣才能實現(xiàn)。我們需要新一代的人去想象各種可能性并因此而創(chuàng)新。

一點相關歷史

拋開其他國家不提，單純說美國，可以說所有的延誤和不足都不是美國國家航空航天局造成的。美國從來就沒有實行過太空領域相關的前沿政策——美國國家航空航天局也只能在政府的授權之下行事。阿波羅計劃只是追求在20世紀60年代結束前，比蘇聯(lián)更早實現(xiàn)“讓一個人登上月球并安全返回地球”的目標，僅此而已。在這之后，美國政府面臨著越南戰(zhàn)爭和水門事件丑聞的問題，只得將太空計劃置于次要地位。

實際上，在“阿波羅11號”登陸月球表面的兩年前，美國的太空計劃就開始走下坡路了。在著名的登月競賽期間，華盛頓的許多政客內(nèi)心都充滿擔憂。美國政客們認為，如果蘇聯(lián)人先抵達月球，他們可能就會將整個月球視為己物，并在其上建立一個可能威脅地球的軍事基地。

林登·約翰遜（Lyndon B.Johnson）政府的成員提出了一項條約，禁止任何國家將月球以及任何天體據(jù)為己有和進行軍事化，并將條約提交給了聯(lián)合國。

這就是《關于各國探索和利用包括月球和其他天體的外層空間活動所應遵守原則的條約》（Treaty on Principles Governing the Activities of States in the Exploration and Use of Outer Space, Including the Moon and Other Celestial Bodies），簡稱《外空條約》（Outer Space Treaty）；其中規(guī)定了月球和其他行星、小行星可被用于和平目的，但是任何國家都不能擁有這些天體的所有權。

在1967年，美國簽署了該條約，緊接著簽署條約的是蘇聯(lián)。到2019年6月為止，一共有109個國家加入了該條約。在1967年10月條約生效之前，全世界都擔憂會有某一個國家獨霸月球或者其他天體，這份條約讓人們終于松了口氣。[1966年該條約成型，同年派拉蒙推出了《星際迷航：原初系列》（Star Trek：The Original Series）電視劇以及其中以和平為導向的“星際聯(lián)邦”，這可能并非巧合。]

但是，林登·約翰遜政府決定犧牲太空計劃，將聯(lián)邦預算投入另外兩個用途之中：“偉大社會”（Great Society）和越南戰(zhàn)爭。

尼克松政府時期，“阿波羅11號”終于登上了月球。從公關角度來看，尼克松別無選擇。肯尼迪總統(tǒng)向自己的美國同胞們做出了令人振奮的承諾，也因此一直深受愛戴。當時的美國深陷越南戰(zhàn)爭的泥潭，美國人民也生活在冷戰(zhàn)帶來的陰霾之下。美國需要登月計劃的勝利來重建統(tǒng)一且積極的社會氛圍。

在6次航天飛行后，天空實驗室于1973年建成。“阿波羅20號”的發(fā)射計劃于1970年1月被取消，而原本作為其運載工具的“土星5號”（Saturn V）火箭的第三級箭體被改造為空間站主體。由于預算縮減，“阿波羅18號”和“阿波羅19號”都于1970年9月被取消。

“阿波羅11號”成功登上月球，激發(fā)了人們的想象。許多提案浮出水面，美國國家航空航天局也確實表現(xiàn)出了興趣。多個版本的阿波羅應用計劃映入了美國國家航空航天局的眼簾。在首次登月后，一份名為《太空任務組報告——1969》（Report of the Space Task Group—1969）的文件引發(fā)了大量的討論。

發(fā)布該報告是為了爭取到更進一步探索太空的機會，包括進軍火星，但尼克松對此并不感興趣。

還有人想使用阿波羅計劃的硬件設施（“土星號”火箭、登月艙的高級版本以及月球車）向月球發(fā)射太空基地并最終讓6位宇航員在其中生活6個月，即阿波羅應用計劃，但尼克松還是不感興趣。他并不想取消太空計劃，但他確實不愿意將聯(lián)邦預算優(yōu)先投入太空計劃當中。這使得太空計劃的資金變得更拮據(jù)。之前提出的阿波羅應用計劃最終催生出天空實驗室和阿波羅-聯(lián)盟測試計劃。

有更大抱負的太空任務組提案最終確實催生出航天飛機以及之后的國際空間站，但并非按原提案執(zhí)行。尼克松同意了航天飛機計劃，這也是繼肯尼迪登月計劃后屬于他自己的計劃。然后是1984年羅納德·里根（Ronald Reagan）總統(tǒng)下令建造空間站，之后又過了20年空間站才能支持宇航員長期駐留。

按照最優(yōu)的“后阿波羅計劃”提案的設想，美國將會建造一架更大的航天飛機。這架航天飛機完全可以重復使用，它將包含兩級火箭，二級火箭進入近地軌道（Low Earth Orbit, LEO）而一級助推火箭則自己返回地球。接下來的一步就是空間站，這個預想中的太空站比現(xiàn)在的國際空間站更大；它不僅可以用作中轉(zhuǎn)站，人們在上面也會進行材料加工、生命科學和天文學研究的實驗，最終可以容納50人。這個空間站作為中轉(zhuǎn)站的功能則是將宇航員轉(zhuǎn)入另一艘飛船前往月球軌道空間站。到達月球軌道空間站后，宇航員登上另一艘飛船登上月球表面，最終到達月面居住設施。整個計劃可以切分為多個部分，全部由美國國家航空航天局完成：同時建造一架航天飛機、兩個空間站、多個登月飛船和一個月球基地。

還有一個名為“阿波羅X”的阿波羅應用計劃。其實這個計劃很簡單，用“土星5號”將居住設施送達月面，然后由阿波羅載人飛船利用先進登月艙將宇航員直接送往月球。每隔6個月將一輛月球車送往居住設施。最終，將有6位宇航員駐扎。居住設施還有其他的用途，比如為宇航員搭乘載人飛船飛越金星做準備。

無論選擇兩者中的哪個計劃，上述的工作都將在20世紀70年代完成；到了20世紀80年代，我們可能已經(jīng)到達火星了。

是有其他原因?qū)е逻@些計劃被推遲了嗎？如果尼克松對太空更加有野心，并且在1969年支持了太空任務組或是阿波羅應用計劃，會發(fā)生什么呢？我們現(xiàn)在會在太空中走得更遠嗎？我們也許會有這樣的假想。但是，阿拉斯泰爾在2012年的國際太空開發(fā)會議和一位專家交流了一下，不久后又與空間前沿基金會的瑞克·湯姆林森（Rick Tumlinson）交流過，最后得出了結論：除了政治因素以外，還有其他多方面因素阻礙了探索火星的計劃。

不管是1969年的太空任務組還是阿波羅應用計劃，就算按照原定計劃執(zhí)行，也有相當?shù)目赡苄詴。绕涫翘杖蝿战M的提案。有以下兩點原因：第一，在“阿波羅17號”的飛行結束后，公眾對太空探索失去了興趣；第二，這兩個項目的成本將是令人瞠目結舌的，美國審計總署和民眾將不會支持這種面向未來的勞民傷財?shù)捻椖俊?/p>

先從航天飛機說起吧。按照原定計劃，航天飛機將是現(xiàn)有航天飛機的兩倍大。為此，美國國家航空航天局向美國審計總署申請了100億美元的經(jīng)費。美國審計總署最后答應了撥款50億美元，所以我們有了現(xiàn)在的航天飛機。

原來擬定建造的空間站或空間中轉(zhuǎn)站，會比國際空間站大得多，能支持50位宇航員駐扎，也將花多得多的錢。還記得當年國際空間站原本的預算是80億美元，但最后逐步上升到1000億美元嗎？不同的部件由不同的公司制造，但是隨著成本高啟，美國國家航空航天局不得不改變計劃，來讓更多國家加入該項目——其間，美國國會不斷縮減預算，推遲完成工期。對于原來擬定建造的中轉(zhuǎn)站而言，它所遇到的生產(chǎn)、發(fā)射和組裝問題會和國際空間站一樣棘手，甚至可能更加麻煩（別忘了還有月球空間站和兩艘登月飛船，等等）。

至于月球基地，假設我們真能走到那一步，那么資金就會像倒進了無底洞一樣，登月飛船和基地部件的成本會越來越高，并且會由不同的公司制造，因為人人都想從中分一杯羹。如果建成了，將有多少宇航員駐扎，他們又會進行什么樣的工作呢？如果要容納6～12人，政府會無限期地支持下去嗎？如果支持的話，聯(lián)邦預算中的資金就會繼續(xù)投入這項事業(yè)中，而且成本會逐年增加。然后國會將開始削減資金，并且會把這個基地和其他聯(lián)邦計劃放在一起進行嚴肅的辯論。國會不會容忍這項計劃，美國的納稅人也不會。

最有可能的是，無論選擇哪種方案，都早就會被國會或者尼克松之后的總統(tǒng)取消掉。即便辯論結果是撥款支持一個小型月球基地，這份資金最后也會枯竭。也別忘了發(fā)射成本，尤其是“土星5號”，它當時是最好的重型運載火箭，非常貴。火箭的一些零件甚至是手工制作的。一枚“土星5號”火箭的建造和發(fā)射成本加在一起，放在2020年會是15億美元。阿波羅計劃開始后，政府又能為其他充滿野心的項目投入多少資金呢？

成本很重要，無論是美國政府還是美國人民，都無法長期容忍高成本投入。開支被縮減后，私營企業(yè)也就不會在20世紀70年代介入這個領域。試問：你是否會把自己公司的資金投入到無法贏利的項目中？所以才會有今天的局面。換言之，就算實行這兩個計劃，也不會帶來任何區(qū)別。

當下的計劃

實際上，現(xiàn)在近地軌道正被私營企業(yè)接手。國際空間站得到了各國的支持，各國政府資助的飛船仍在被派往空間站，但是私營太空運輸系統(tǒng)最終將催生出用于旅游和其他用途的私營空間站。近地軌道很快就會被不同的企業(yè)擠滿。

接著是月球軌道和拉格朗日點（LaGrange points），從L1和L2點開始，然后是近地小行星。這時候，我們會希望停下腳步開始建造基礎設施。人類可能在各種基礎設施完工前就前往火星，但在那之前在火星上長期停留將是個愚蠢的決定。

我們應該重新構建太空行動的管理方式。首先，其中許多職能應該由其他政府部門和私營企業(yè)接手。也就是說，氣象衛(wèi)星的運行應該轉(zhuǎn)交給美國國家海洋和大氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration），所有近地軌道的運輸都應該交給私營企業(yè)。

美國國家航空航天局和政府的職能最終應該如下：

●長期研究，尤其是私企無法獨立承擔的基礎性研究；

●非營利性質(zhì)的研究；

●深空探索；

●由美國國家航空航天局在不交出控制權的情況下出租太空。

開放太空前沿，依靠高薪和勞動保障來培養(yǎng)大量太空工作者。這其中涉及的以下三個實體應當是平等的合作伙伴的關系而非有高低主次之分：

●政府；

●私人企業(yè)；

●專業(yè)組織，包括勞工團體。

政府的角色是催化劑、啦啦隊長、立法者、執(zhí)法者以及和平的守護者。

許多人，包括科學家和政治家，都在爭論有關太空的愿景。一些人認為機器人可以更好地進行行星探索。其他人認為探索月球是一條死胡同；他們認為如果我們在月球上定居，我們將永遠不會冒險前往火星和其他行星，而阿波羅計劃已經(jīng)成功讓我們登月了。

這些人并沒有抓住重點！如果我們探索月球并在其上定居，然后利用其上的資源——這局面肯定會出現(xiàn)，那我們也一定會前往火星、小行星和更遙遠的世界。我們?nèi)祟愂翘焐奶诫U家，在月球上立足后，我們肯定會想要在太空中進一步拓展。對于欣賞“世界就是我們的教室”（schola munda est）這句格言的人來說，每當人類和機器人向地球外邁出腳步時，他們的教室都會變得更大。

展望未來

我們將通過建立定居點和開發(fā)月球資源來建立我們的第一個地外文明，我們將從近地小行星上開采資源。隨著月球定居點的發(fā)展，越來越多的人將移居月球。他們中的許多人擁有駕駛、修路、烹飪等日常技能，唯一不同的是，他們希望在地外環(huán)境下工作。

現(xiàn)在已經(jīng)有關于繞過月球直接前往火星的討論了。正反方的論據(jù)是其他書的主題：本書只會簡單涉及一下這些內(nèi)容。如果讀者愿意的話，我們將通過緩慢但穩(wěn)定的方法帶您去求職。通過有關工業(yè)、大學和政府項目的故事，我們可以了解地球、近地軌道和附近天體（比如月球）上的太空職業(yè)。我們會有建設前往月球的基礎設施的想法，目的是建立定居點然后前往火星。

第一步是在地球軌道上建立一個空間站，其唯一目的就是將人員和設備從地球軌道轉(zhuǎn)移到月球。現(xiàn)有的國際空間站不足以完成這項工作，因為它本就是多用途的，成本太高，人員和物資的轉(zhuǎn)移會干擾到目前的運作。在本書的后面，我們將單獨介紹中轉(zhuǎn)站和月球運輸系統(tǒng)的組成部分。

在月球上建造基地的過程應當是簡單且廉價的，而且應該從派駐6～12人的考察隊開始——工作繁重且會感到孤獨，但可能是高薪的工作。然后，我們將其擴展為一個涉及更多人的更復雜的系統(tǒng)。基地最開始會更具有實驗性質(zhì)，在上面建造居住設施并生產(chǎn)食物。為了讓這樣的基地能夠運作，最開始會有實驗室，來分析和試驗月球資源：土壤、巖石、冰和礦物。

我們將遵從原位資源利用這一概念，即利用月球資源，在月球表面生產(chǎn)建筑材料來擴展居住設施，并開發(fā)新產(chǎn)品進行銷售贏利。因為月球的重力只有地球的六分之一，這會使成品更加純凈，因為在這種環(huán)境下各種元素更容易混合在一起。

然后，通過對原位資源利用這一概念的貫徹執(zhí)行，月球經(jīng)濟將會得到發(fā)展。這時候，商業(yè)和學術（大學）等私營部門都會希望更多地參與進來。一旦月球資源可供利用，利益近在眼前，商業(yè)實體就會有更強的投資動力。

再然后，月球定居點將會拓展出更多的居住設施、實驗室和制造設施，這些都將由私營部門掏腰包，但也會由各國政府補貼，至少最開始的一段時間內(nèi)會是這樣的。當盈利足夠多時，這些定居點將有能力自己進行拓展。基地進化為定居地，最后演變?yōu)橘Y金和技術上都完全自給的城市。

除了在月球上建立社會，近地小行星也將被開采，為地球和太空居住設施提供所需的原料。實際上，現(xiàn)在的公司正在提議用機器人開采小行星。他們最終的成果將與我們在月球上所做的事情相輔相成。

開采小行星和在月球定居采礦可以同時進行。從天體中提取和加工資源可能是第一個與探索太空相關的可實現(xiàn)盈利的行業(yè)，也有助于月球定居點邁出第一步。

是的，在這本書中，我們正在放眼于火星。無論是技術人士還是非技術人士，無論是擁有博士學位還是擁有高中學歷的人，都能得到令人興奮且有利可圖的機會。而這機會就是我們在邁向火星的過程中所進行的無數(shù)活動所帶來的。