第174章 人类登月（一）（1/2）

做完《生態建筑》，李水旺开始做新一期视频——《人类登月》：

55 年前，尼尔?阿姆斯特朗和巴兹?奥尔德林成为首批踏上月球的人类。他们与麦可?柯林斯一同乘坐阿波罗 11 號返回地球，在亲眼见证此次登月的 6.5 亿人心中，以及我们这些后来出生的人心中，开启了从地球通往星辰的道路。如今，尼尔?阿姆斯特朗和麦可?柯林斯已离世，而 95 岁高龄的奥尔德林將军仍是在世的传奇人物。阿波罗 11 號三位太空人的功绩將被世人永远铭记，但奥尔德林在太空领域的贡献，绝非始於也绝非止於那次登月任务。他是美国国家航天协会的理事，对协会许多长期会员而言，他就像家人一样 —— 既是志同道合的倡导者，也是致力於铺平通往太空之路的科学家。为实现这一目標，他研发了眾多项目，並牵头开展了多项努力。今天，我们將聚焦其中一个项目 —— 火星循环飞行器，如今它更常被称为 “奥尔德林循环飞行器”。这是一种能够低成本、安全地往返地球与火星，运送大量货物的太空飞行器。

我认为，巴兹作为科学家和工程师所付出的努力，很容易被那次具有歷史意义的登月任务所掩盖。1951 年，他从美国西点军校毕业，获得机械工程学位；之后在韩战期间执行了 66 次战斗任务；1963 年，他从麻省理工学院获得博士学位，其博士论文题目为《载人太空飞行器交会的空间视线制导技术》。隨后，美国空军將他指派到 “双子座计划”。1966 年，他与吉姆?洛弗尔一同执行了双子座 12 號任务，后来两人均参与了阿波罗计划，其中洛弗尔担任了 “命运多舛” 的阿波罗 13 號任务的指令长。值得一提的是，在双子座计划的最后一次任务中，当飞船的计算机出现故障时，正是奥尔德林用六分仪和铅笔导航，成功与 “阿金纳”目標飞行器实现交会；同时，他还完成了人类首次完全成功的太空行走，顺利完成了一系列被认为对阿波罗计划推进至关重要的任务。即便他此后未在太空探索与发展领域再有任何贡献，他在太空史上的地位也已稳固不朽。但正如前文所述，在那之后，他依然活跃在航天领域，包括长期担任美国国家航天协会理事 —— 而我有幸担任该协会的会长 —— 同时他还参与了火星协会指导委员会的工作。

说到火星，1985 年，奥尔德林提出了一种太空飞行器轨道概念，即 “奥尔德林循环飞行器”。他与他人合作完善这一概念，发表了相关论文，並提出了一些相关的替代方案。但究竟什么是循环飞行器呢简单来说，循环飞行器有时也被称为 “循环城堡”，这一名称源於其隱含的角色与用途 —— 它本质上就是在地球周边太空与火星轨道之间往返运送物资的 “摆渡船”。一旦建造出一艘或一对循环飞行器，並將它们送入特定的轨道模式，它们就能反覆绕经地球和火星，自身无需再消耗更多燃料，最多只需少量燃料进行微小的轨道修正（不过，我们今天也会探討有动力驱动的循环飞行器版本）。这意味著，循环飞行器可以携带大量的防护层，以及船员在行星间航行所需的各类设备 —— 但这些设备无需被运送到行星表面。如此一来，我们只需发射一艘轻型穿梭机，搭载执行任务的船员即可，无需携带笨重的辐射防护层，也无需携带大量水、空气，或是用於循环利用、净化这些资源的设备。

“循环城堡” 配备了充足的物资，能够应对太空辐射、微陨石撞击以及太空真空环境的长期 “考验”。我们预计，早期的循环飞行器可能功能相对简陋，但后期的循环飞行器或许会配备可旋转的舱段，以通过自旋產生人工重力；还可能利用水资源养殖鱼类和藻类作为食物来源，甚至建造游泳池，並持续种植新鲜的农作物 —— 这不仅有助於循环利用二氧化碳，还能为船员提供一片充满生机的绿色空间。当抵达火星时，搭载船员的小型穿梭机会脱离循环飞行器，飞往火星表面或火星轨道上的空间站，隨后开展既定任务。理想情况下，在执行一两次任务后，火星表面將建成核反应堆，具备空气、水和燃料的生產能力，以便在数月后为返回轨道的穿梭机补充燃料。当然，如果只使用一艘循环飞行器，那么两次任务之间可能需要等待相当长的时间（数月之久）。

此外，循环飞行器本身也完全可以配备核反应堆作为动力源，这样的飞行器能够搭载 100 多人的船员团队，甚至可能搭载更多人 —— 具体载客量取决於飞行器的规模。它们也可能高度自动化，在首次测试飞行时便可携带货物进行投放。循环飞行器依靠的是最小能量转移轨道，本质上是围绕太阳形成一个狭长的偏心轨道，在两个天体（此处指地球和火星）之间运行。以火星循环飞行器为例，它从地球飞往火星需要 5 个月，从火星继续向外飞行、越过火星轨道需要 16 个月，再从火星轨道返回地球轨道又需要 5 个月，之后每 26 个月重复一次这一周期。

我可以用一个类比来解释：这就像一列不停车的大型空火车，行驶在一条固定的风景线路上。要將人员、设备和物资运送到循环飞行器上，或是从循环飞行器上运下来，仍需像往常一样消耗燃料，但一旦登上循环飞行器，这段旅程就有了宽敞舒適的生活空间。而且，那些用於 5 个月航行的重型设备和可循环利用物资，只需运送一次即可。人们通常建议使用两艘运行在不同周期的奥尔德林循环飞行器，以缩短往返行程的时间 —— 一艘用於前往火星，另一艘用於返回地球。即便在遥远的未来，我们拥有了速度更快的太空飞行器推进系统，能够以巨大的能量消耗实现一周內往返火星（这对旅客来说无疑是绝佳选择），通过循环飞行器运送货物或不急於赶路的旅客，依然能带来巨大的便利。

与太空发射窗口的常规情况一样，时间安排仍是一个难题，但通过提前发射进入太空，我们可以避开天气问题的影响。当然，若错过了与循环飞行器的交会窗口，问题就会出现 —— 之后或许需要消耗更多燃料才能追赶上去。不过，交会窗口的时间跨度並不算特別紧凑；但如果火星轨道上没有可供返回的空间站，那么就只能再次降落在这颗红色星球上。这也是我倾向於支持採用循环飞行器开展稳健任务的原因之一：同时配备火星轨道空间站和火星表面永久基地，只需定期更换船员即可。这种配置意味著我们拥有更多的冗余方案和备用计划，而在规划长达数亿英里、持续数百天的太空旅行时，冗余方案再多也不为过。

这种（循环飞行器）方案並不仅限於地球与火星之间的航行，它適用於任意两颗行星之间。我们之前提到 “地球周边太空” 而非 “地球”，是因为循环飞行器可能运送的是来自月球或各类太空基地的物资，而非直接来自地球。因此，我们完全可以建造地球 - 金星循环飞行器、地球 - 土星循环飞行器，甚至火星 - 木星循环飞行器 —— 后者或许能將木星冰卫星上的挥发性物质运回火星，用於火星的地球化改造或类地球化改造作业。

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