美國《連線》雜誌網站在日前報道中，為我們梳理了太空探索面臨的十大挑戰以及解決辦法，包括火箭重復回收降低成本、研製新型推進設備、培育太空蔬菜、用好機器人夥伴等等。《連線》指出，正如人類祖先在走遍非洲大陸後，毅然決然地前往未知的他鄉，最終塑造了我們現在這個精彩紛呈的地球一樣，前往太空的初衷也是為了增加人類對自身的了解並使生活變得更美好。

　　人類起源於非洲，但為什麼我們沒有留在非洲呢？至少並非所有人。在數千年的歷史進程中，我們的祖先走遍了整個非洲大陸，接著跨越大海，前往未知的他鄉，為什麼？這或許與我們探索月球和其他恒星是一個道理，在研究這些星體時，我們也會捫心自問：“那裏發生了什麼事情？我們能去那兒嗎？或許我們可以到達那裏吧？”

　　當然，對人類來説，與大海相比，太空無疑更不友好：單單是逃離地球的引力就需要大量的研究工作，而且成本遠遠高於跋山涉水。為什麼人類仍要探索太空呢？

　　首先，探索太空衍生出來的副産品包羅萬象——從小小的為他人提供便利的産品到有望喂飽數百萬人的發現，再到有可能阻止致命事故或挽救病患和傷者性命的重大科技進展，不一而足。

　　其次，正如不能將所有雞蛋裝在一個籃子裏一樣，人類也不能將所有希望放在地球上。一次流星撞擊都有可能讓我們重蹈恐龍的命運，而且，看看月亮的臉，天氣是如此反覆無常。

　　第三，人類攜手進行太空探索，有助我們更好地了解自己的家園、自己的生活方式以及繼續存在下去的關鍵。或許，在此過程中，我們會找到方法離開地球，在月球建立基地、在火星創建城市、在木星建造居住地等等。

　　重復利用火箭並降低成本

　　逃離地球有點像鬧離婚：你想快刀斬亂麻，速戰速決，包袱儘量少，但總有一股強大的力量在背後搞陰謀詭計，尤其是重力。如果某個物體想要脫離地球表面自由翱翔，它的速度必須要達到2.5萬英里（約40234公里）/小時。

　　這意味著要想離開地球需要耗費鉅額資金，例如，發射“好奇”號火星車就耗資2億美元，而這只佔整個任務預算的十分之一而已。另一方面，完成發射任務需要儘量減輕重量，但載人任務往往還要攜帶維持宇航員生命所需的供給，無疑又會加重負擔。因此，只能通過採用奇異的合金金屬和碳纖維素等複合材料來減輕重量，同時採用更高效、功能更強大的混合燃料為助推器提供巨大的升空推進力，才有可能很好地完成飛行任務。

　　但終極省錢大法或許是設備的重復使用。美國國家航空航太局（NASA）先進概念辦公室技術助理萊斯·約翰遜説：“隨著發射數量不斷增加，經濟規模開始生效，成本也將越來越低，這是讓成本大幅降低的關鍵。”艾隆-馬斯克（Alon Musk）旗下美國太空探索技術公司（SpaceX）和貝索斯旗下的太空發射公司藍色起源（Blue Origin）都在大力研製火箭回收技術並取得了巨大成功。

　　今年1月22日，藍色起源公司在美國德克薩斯州發射基地發射了一隻火箭，火箭在進入太空後又重新回到地球並著陸，這是藍色起源用回收的火箭重新發射升空並回收，對一家商業公司來説創造了歷史和世界第一。藍色起源稱，“重復使用允許我們一次又一次地飛行，每次飛行都能提高太空探索和研究的經濟可行性，為所有人開啟太空之旅。”

　　另外，SpaceX也成功發射了搭載電信公司Orbcomm 11顆通訊衛星的“獵鷹9”號（Falcon9）運載火箭，同時還歷史性地成功回收了“獵鷹9”號的一級驅動火箭。事實上，SpaceX多年來一直試圖能夠在發射後回收“獵鷹9”號的部分組件，並希望通過這一方式大幅降低太空任務成本。外界分析認為，SpaceX的此次成功具備里程碑式的意義，甚至有可能為第二次太空時代的到來而鋪平道路。伊隆·馬斯克表示：“如果能像飛機一樣使用火箭，進入太空旅遊的費用可能只要幾百美元。”

　　用新型推進器讓飛船前行

　　在太空中飛馳其實很容易，畢竟真空沒什麼阻力，因此，如何啟動就成為頭等大難題。物體的品質越大，所需的推進力也越大，火箭就是此類巨型物體。化學推進劑能提供初始的推進力，但寶貴的燃料幾分鐘後就燃燒殆盡，而之後到達月球或者木星還需要5到7年時間，因此，需要更有創新性的推進方法。科學家們已有的、現正研發的或希望以後能擁有的技術包括核動力推進器、離子推進器以及化學推進器等。

　　與核動力推進器有關的計劃包括“代達羅斯”計劃（Project Daedalus），它是英國星際學會（BIS）在1973至1978年之間倡導的研究計劃，使用核聚變提供動力的無人太空船對另一個恒星系統進行快速的探測，實現星際旅行。

　　另一個與核動力有關的計劃是火箭飛行器用核引擎（NERVA），它是美國原子能委員會（AEC）和NASA旗下的項目，由航太核推進局SNPO領導。NERVA計劃論證了核熱力火箭可以成為太空探索的一項現實可靠的工具，可以用於載人火星任務。儘管NERVA引擎在測試後已經被認可能勝任飛行任務，而且引擎也正準備整合入宇航器中，但在最終飛往火星的夢想實現前，NERVA隨同其他耗資巨大的太空任務被尼克松政府取消。整個項目于1972年終止，SNPO也于同年解散。

　　未來最有希望成為更遠外太空旅行飛船推進器的電漿體推進器，可能就是可變比衝離子推進器（VASIMR），它是核動力推進的一種替代方法，發動機將使用無線電波將氬或氙氣變成電漿體，磁場接著將電漿體推出作為推動力。科學家們將使用這種推進器探索木星的衛星。

　　而下一代化學火箭將很有可能依靠甲烷作為燃料，將我們帶到火星。此類火箭的代表包括NASA的RS-25以及SpaceX正在研製的“猛禽（Raptor）”。據悉，2015年5月，NASA測試了RS-25液體火箭發動機，在此之前，它被用作太空梭固體助推器，而目前準備用於太空發射系統（SLS）。

　　另據英國《每日郵報》去年10月中旬報道，SpaceX公司除了正在優化可以重復利用的“獵鷹9”號火箭外，還在研發一款名為“猛禽”的超重型火箭，並在去年進行了首次測試。這兩款火箭主要用於執行火星探測任務。

　　此外，還包括聲名鵲起的“太陽帆推進技術”，與傳統利用風力的帆船相比，太陽帆是從太陽光線中吸取能量。這是一項不需要攜帶足夠燃料的技術，因而理論上講也可達到極高的速度，不過它往往需要一段時間才可完成這一目標。目前，此項技術已在地球的真空室內取得試驗成功，但在太空軌道上實施相關試驗則是失敗的。

　　群策群力清除太空垃圾

　　現在，人類發射火箭進入外太空前，還會面臨太空碎片的威脅。這是非常真實的事。比如2009年美國的銥星33號衛星與俄羅斯的軍用衛星發生了碰撞，這是人類航太史上首次軌道衛星重大碰撞事故，該事件就産生了大量的空間碎片。

　　在最近50年的太空探索活動中，火箭、衛星和導彈殘骸以及各種高科技産品碎片已經將近地空間變成了一個垃圾場。據西班牙《阿貝賽報》網站2015年11月21日報道稱，美國太空碎片監測站網路迄今已經發現了1.7萬個目標（每個至少有一個壘球那麼大），以1.75萬英里/小時的速度呼嘯穿越地球。如果再算上直徑不到10釐米的碎片，那麼，有接近50萬個太空碎片。這些接收器、透鏡蓋甚至一小片油漆大小的物體，都能在關鍵系統上砸出一個大坑，即使是一顆微不足道的小螺絲也有可能變成能將飛船變成一堆廢鐵的導彈。

　　由金屬和凱夫拉爾材料構成的多層材料惠普爾盾牌能起到保護作用，阻擋這些小碎片的襲擊，但如果是一整顆衛星來襲，那就無力回天了。目前，大約有4000顆人造衛星圍繞地球旋轉。我們能夠通過追蹤和計算控制避免危險的路徑，但目前的追蹤技術還不完善，總有漏網之魚。

　　太空碎片之多越來越威脅到日漸緊缺的軌道資源，將導致大量相撞事件，使太空成為非常危險的區域，現在迫切需要把多餘的物體撤出太空。對此，科學家提出了多種清理空間垃圾的措施，並打造龐大的陸基雷達來監視地球軌道碎片。空間專家提出可打造“太空拖網”，將軌道上的碎片像“漁網”那樣全部“捕撈”，但依靠外力將衛星拉出軌道非常困難。

　　據披露，日本計劃在2019年前後建立日本自衛隊首個太空監測部隊，這一部隊起初將主要負責監控漂浮在地球軌道上的危險碎片，防止其與人造衛星相撞。

　　而歐洲航太局（ESA）太空碎片辦公室主任霍格爾·克瑞格則認為，如果有人開始清除敵方的衛星，這將會是一個災難。也許一個世紀或者更快，太空戰爭就會爆發。

　　深空定位系統為航太器導航

　　分佈于美國加州、澳大利亞和西班牙的天線陣列——深空網（DSN）通訊體系是為跟蹤、測量和控制深空中月球探測器、行星和行星際探測器而建立的地面系統，是目前唯一的太空導航工具，其跟蹤距離可達90多億公里。從學生項目的人造衛星到在柯伊伯帶（太陽系在海王星軌道、距離太陽約30天文單位外黃道面附近、天體密集的中空圓盤狀區域）逡巡的“新地平線”號探測器，都依靠它來保持正確的方向。位於地球上的一個超精密原子時鐘會測量信號從深空網到航太器的往返時間，導航儀再借用這一時間來確定航太器的具體位置。

　　但是，隨著航空航太任務越來越多，深空網也日益變得擁擠堵塞，接線總機運作非常忙碌。因此在近期，NASA正在致力於給這一系統“減負”。航太器上自帶的原子時鐘，可以完成單線距離計算，從而將傳輸時間減半。而且，更高頻寬的鐳射器也能處理更大的數據包，如圖像和影像資訊等。然而，火箭距離地球越遠，這個方法的可靠性就越低。雖然無線電波以光速傳播，但傳送到太空深處仍需要數個小時。

　　星星能夠告訴我們往哪兒走，但在太空中我們無法通過遙遠的星星來確定自己的位置。對於未來的探索任務，深空導航專家約瑟夫·吉恩想要設計一款航太器自主導航系統，能收集目標和附近物體的圖像，然後通過他們的相對位置建立一個太空飛船的三維坐標係，這樣就不再需要地面控制。吉恩説：“它就像地球上的GPS，就像你在自己的汽車上安裝一個GPS那樣。”吉恩將其稱為深空定位系統(DPS)。

　　雙管齊下抵擋太空輻射

　　在地球大氣和磁場的安全保護殼之外，亞原子粒子以接近光速的速度快速移動，這是太空輻射，而且，它是致命的。NASA稍早公佈，太空中的輻射過高，可能會影響人類健康，包括在外層空間從事任務的航太員，都有可能因為暴露在過多的輻射中，導致白內障、阿爾茨海默症等疾病甚至癌症。

　　NASA曾利用在火星執行任務的“好奇”號火星車取得的數據發現，前往火星途中的輻射比待在地球高出數百倍之多。根據NASA最新公佈資料，人類只要過度暴露在1西弗輻射，罹患癌症的風險會提高5%，地球每年來自外層空間的輻射約10毫西弗，國際太空站的航太員6個月內就會暴露在100毫西弗下，至於從火星“好奇”號上的儀器測得的輻射值，已經高達330毫西弗。

　　一直以來，鋁都是製造太空運載工具的主要原料，但鋁對於防止宇宙射線的效果並不好，而且重量較重，不符合因大量使用所造成的燃料成本；當太空中的高能粒子與組成宇宙飛船外殼的鋁的原子相遇時，它們的原子核會爆炸，釋放出更多運作速度超快的粒子，這就是所謂的二次輻射。NASA馬歇爾太空飛行中心的物理學家納塞爾·巴格豪蒂説:“這無疑是雪上加霜。”

　　那麼，更好的解決辦法是什麼呢？就一個詞：塑膠。它們不僅更輕更堅固，而且它們由氫原子組成，其小小的原子核不會産生二次輻射。美國西南研究院與新罕布希爾大學科學家從“月球軌道飛行器”（LRO）實驗取得資料指出，塑膠可降低人類暴露在外層空間的宇宙射線的輻射量，效果遠比金屬鋁還要好，目前，NASA正在測試能減少宇宙飛船內或太空服輻射的塑膠。NASA的科學家表示，若將塑膠這種常見材料廣為運用，將可降低航太員在外層空間出勤時的危險，甚至可作為未來人類到太空時的保護措施之一。

　　或者磁鐵可作為另外選擇。據報道，2008年，英國盧瑟福阿普爾頓實驗室的科學家們開發了一種遮罩太陽殺傷粒子的強力電磁場，這個“迷你磁場”能將來自太陽的大量有害輻射轉移開，保護宇航員免受輻射的傷害，降低其患癌症的幾率。另外，它將取代傳統的防輻射裝置，減輕飛船負荷。它的升級版還能在太陽耀斑爆發之時救人性命，未來還有望用它改變鐳射方向。

　　另外，參與空間輻射超導遮罩（SRSS）工程的科學家們正在研製二硼化鎂超導體，其會使帶電荷的粒子偏離宇宙飛船。它的工作溫度為263攝氏度，是常規超導體中臨界溫度最高的，它也具有較高的臨界電流密度。