SpaceX 如何以及为何能殖民火星


这里是 Tim Urban 的 How (and Why) SpaceX Will Colonize Mars 译文,原译为几部分不同的翻译:由 Wait Buy Why 中文站的微信公众号所译的人类和太空的故事人类和太空的故事之二SpaceX: Musk的使命,以及由机器之心所编译的《深度揭秘Elon Musk的火星殖民地图》

此处收录完整,并尽可能还原原作,一为更好地了解 Elon Musk,二为探究 Wait But Why 的写作。


I started working on this post ten weeks ago. When I started, I never intended for it to become such an ordeal. But like the Tesla post, I decided as I researched that this was A) a supremely important topic that will only become more important in the years to come, and B) something most people don’t know nearly enough about. My weeks of research and discussions with Musk and others built me an in-depth, tree-trunk understanding of what’s happening in what I’m calling The Story of Humans and Space—one that has totally reframed my mental picture of the future (yet again). 我在写这篇文章的时候,希望确保每一位读者最后都在同一起跑线上,毕竟这些事情正在发生,我们都有权去了解。所以就像上一篇Tesla文,这篇文章也是全剧情讲解。

谢谢大家的耐心!我知道你可能默默希望这个网站不要两个月才更新一次,我也是这样希望的(译者也是这样希望的)。Tesla 和 SpaceX 是特殊情况,搞定完这两篇后你就会看到正常更新速度和长度的WBW文章了。

About the post itself: There are three main parts. Part 1 provides the context and background, Part 2 explores the “Why” part of colonizing Mars, and Part 3 digs into the “How.” To make reading this post as accessible as possible, it’s broken into five pages, each about the length of a normal WBW post, and you can jump to any part of the post easily by clicking the links in the Table of Contents below. We’re also trying two new things, both coming in the next couple days:

目录


公元2365年,木卫三(Ganymede)

离出发还有一天。去到那里的景象感觉像梦一样,仍让她难以置信。那些她一直向往的传说:在第一批人类到达木卫三好几百年之前修的建筑,像房屋一样大的动物,和她的星球一样大的大海,热带的沙滩,著名的蓝天,巨大到可以晒伤皮肤的太阳,以及最诡异的:居然没有木星在头上盘旋。曾经无数次在电影中看过的这些画面让她感觉像是要去一个电影拍摄地。 这一切都来得太突然。不过现在她要认认真真准备好行李,确保和每一个爱的人说再见,因为下一次再见到他们应该是很久以后了… …

第一部分:人类和太空的故事

大概在六百万年前,一位非常重要的母猿生了两个孩子。其中一个孩子变成了所有大猩猩的祖先。另外一个孩子则繁衍出一支物种,这支物种最终演化成了人类。 尽管第一位孩子最后变的非常平凡以及有点猴子那种风格时,随着时间的推移,另外一位孩子的后代却发生了奇妙的变化。

我们也不太清楚为什么,但在接下来的六百万年里,我们的祖先们开始做一些地球上其他生物从未做过的事情:他们觉醒了。

这是通过了几千代人逐步演变的过程,就如你在清醒前的漫长睡眠。随着头脑越来越清醒,我们的祖先开始四处张望,有史以来第一次,感到好奇。

从36亿年的梦境中醒来,这些地球上的生物第一次有了疑问。

这个巨大的空间是什么,谁把我们放在这里的?上面那个黄色的光盘是什么,晚上他又去了哪里?大海的尽头在哪里,那里有什么呢?那些死去的人去哪里了?他们都消失了吗?

我们已摸索出本物种最伟大的推理小说——《我们在哪里?》,我们要学着读懂它。

随着人类的意识逐渐清醒,我们开始找到了一些似乎蛮合理的答案。可能我们是在一个悬浮起来的圆盘顶端,而这个圆盘呢,大概在一个巨型乌龟的背上。也有可能夜晚时头上那些点点光芒后面是一个大屋顶,大概我们死后就会去那里吧。也有可能当我们找到了屋顶和地面相连的地方,把头一钻,还可以发现世界另一边一些嗨森的东西呢。

大概在一万年前,一些独立的人类部落开始聚集在一起,形成了世界上的第一座城市。在大一点的群落里,人们可以向其他人分享这些推理小说的线索,并且和每个部落不同的笔记相比较,代代相传。随着科技的进步和线索的积累,一些新的发现开始浮出水面。

原来这个世界不是圆盘,而是一个球体。也就是说天花板实际上是一个围绕着我们的大一点的球。漂浮在我们旁边的物体,不管是距离还是size,都比我们想象的大得多多了。而且,不幸的是:

太阳并没有围着我们转,是我们在围着太阳转。

这也是呵呵了,无情的消息。我们怎么可能不在中心呢,这是几个意思?

我们到底在哪里?

球形天花板已经是很无情的大了,如果我们不在它中心的话,难道我们只里面一个随机的球体甲吗?没有什么特殊意义就出现的那种?这是真的吗?

恐怖哦。

然后事情进一步地无情了。

天花板尽头的那些点点光芒貌似也并不是我们幻想中的那样,他们是和我们的太阳一样的其他太阳们。而且和我们的太阳一样,也悬浮在那里,也就是说我们根本就不在球形天花板里面。不仅我们不是世界的中心,连我们的太阳也仅仅是外面的一个普通小伙子,随机漂浮在那里,周围什么都没有。

恐怖哦。

然后发现,我们的太阳原来在一个更大的东西里。一个美丽的,无比巨大的,包含着无数太阳的星云里。所有的所有里。

至少我们还有一个星云。然后,当我们意识到真实的情况其实是:

一片黑暗。

随着我们的工具和理解能力越来越好,我们可以将画面拉的更远。而拉得越远,就越恐怖。当我们冒着生命危险推理出了《我们在哪里?》时,也推理出我们不可置信地异常孤独,住在孤岛里的孤岛里的孤岛里,忍受着各种孤寂,找不到人倾诉。

这就是咱们的处境。

在我们这个物种短暂存在的最近百分之一的时间里,我们演变成地球上第一种最了解剧情的生物,并且体验到了前所未有的集体生存危机。

不过也不怪我们。你想,从不知道宇宙这个东西到意识到宇宙的存在,需要承受的也太多了…

我们大部分人处理这种情况都是采取“活在可爱的幻觉中”这种方法,假装这个唯一的星球有着无穷无尽的绚丽和温暖。我们就像这个小伙子一样,采取各种方法来忽视他的处境:

这种忽视处境之方法的老朋友是?呵呵,就是那有名的蓝天。蓝天似乎是专门为了让人类假装现实不存在而被发明出来的,它的角色就是扮演一个常常变化的的背景墙,将我们挡在现实的外面。

直到夜晚,现实才显现出来,直接打在我们脸上。

Oh yeah …

于是:嘻嘻嘻 → Oh yeah → 嘻嘻嘻 → Oh yeah … 这种坐旋转木马的神经质,完美诠释了在最近的历史里,我们和现实的关系。

但在过去的60年里,这个关系迈向了新的台阶。在第二次世界大战期间,导弹科技向前迈进了一大步。而且史上第一次,一个新的,脑洞超大的概念成为了可能:

太空旅行。

几千年以来,人类和太空的故事一直都是看一看瞧一瞧的剧情。而人类可以离开地球孤岛去太空探险的可能性, 让人类的冒险精神完全爆发。

我自行感受了一下15世纪人们的想法。 在那个摸索的年代里,当人类被跨洋旅行迷得眼花缭乱, 描画着《我们在哪里?——之世界地图》时(坎迪诺平面球形图),若你问一个1495年的小盆友长大想做什么,最普遍的回答应该是:“航海探险家!”

而当你问一位1970年的的小盆友长大想做什么时,回答则应该是:“宇航员!” ——现实探险家。

二战提升了太空旅行的可能性,但一直到1957年后期,当苏联将第一个人造物体(可爱的Sputnik 1,斯普特尼克1号)发射到地球轨道上时,太空旅行才变成定义“世界最强帝国” 的条件。

在那时,冷战正是最严重的时候,美国和苏联将他们的竞争上升到了两国间的JJ较量,国际直播的那种。因为Sputnik 1的成功发射,苏联的JJ猛涨几厘米,吓傻美国同胞。

对于苏联来说,赶在美帝之前把卫星送上天可以证明他们的科技优于美国科技,进一步也可以向世界证明,共产主义是优于资本主义的。

八个月后,NASA就诞生了。

太空争霸赛就这样开始了。NASA的第一单生意就是将一个人类送往太空,然后将一个人类送往绕地轨道,最好都是赶在苏联之前。美国不想再被苏联打脸了。

1959年,NASA发布了 Project Mercury(水星计划)。1961年四月,当美国正在成功的边缘时,苏联将Yuri Gagarin (尤里·加加林)送上了太空,并完整地绕地一圈,让苏联人成为了世界上第一个进入太空和绕地轨道的人类。

激烈的撕*大战开始了。约翰肯尼迪的智囊团跟他说到,苏联在任何一个近期成就中都可以完爆美国,但如果能第一个将载人航天飞船送上月球,却可以完完全全打败苏联。于是肯尼迪发表了他那著名的演说:“我们决定登月,不是因为那很容易,而是因为那十分困~难~!”,这直接引出了投资在该项目上的天文数字 :200亿美元,换算成现在的价值是2050亿,美元。

这个项目就是Project Apollo(阿波罗登月计划)。阿波罗的使命是让一位美国人登上月球,而且要先登上。苏联则是用Soyuz号载人航天器(联盟号飞船)和他们的秘密登月计划来给自己加分。 争霸进行中。

当阿波罗号开开心心地完成初始阶段时, Project Mercury 也开始争气了。在加加林成为太空第一人的一个月之后,美国宇航员Alan Shepard 成为了太空第二人。虽然没有绕轨道一圈,只完成了一段圆弧旅行,但还是让他有机会和太空来了个High-five。 几个月后,1962年二月,John Glenn 成为了第一个完成轨道飞行的美国宇航员。

在接下来的7年里,世界强国美帝和苏联进行了22次载人航天器发射,各种科技,各种技术的磨练和改进。在1968年后期,进入猛烈冲刺阶段的美国进行了更多次的发射(17次),多于苏联的10次发射。两国已携手掌握了被他们称为“近地轨道”(Low Earth Orbit (LEO) )的空间。

然而在60年代早期,近地轨道也没有让人太嗨。两大强国都将他们的愿景投向了月球。阿波罗项目加快了步伐,1968年11月,美国成为了第一个攀升到近地轨道之外的国家。阿波罗八号还进入了月球轨道并环绕月球大约10圈,才安全回来抵达地面。这个项目的班子包括James Lovell(他还在汤姆汉克斯的电影“阿波罗13号”中扮演了角色)在内,完全碾压了人类历史记录上所能到达的最高高度,成为第一批最近距离观察到月球的人类,也是第一批看到月球背面的人类,也是第一批看到整个地球的人类。他们照下了一下这张标志性的图像:

在返回地球的当下,这个班子就变成了美国最有名望的英雄们,我衷心希望他们尽情享受了那8个月的美好时光。在达成了阿波罗计划的三个使命后,1969年7月,阿波罗11号让美国宇航员Neil Armstrong和Buzz Aldrin 成为了登上月球的第一批人类。Armstrong还给Aldrin照了这张著名的肥肥相片:

我很难向大家表达这是多么了不起。36亿年以来,从未有一个地球物种踏足于地表之外。突然,我们有了Armstrong和Aldrin,在另一个球体上蹦跶着,像看着月球那样看着我们的地球。太丧病了。

不仅仅是阿波罗号赶在苏联之前登上了月球,这个项目还在接下来的三年半时间里达成了五项使命,将另外十名宇航员送上了月球。七次尝试中有六次都成功了。著名的那一次失败就是阿波罗13号,在飞行两天后氧气罐爆炸,不得不终止计划,但仍安全地返回了地球。

而苏联的 Soyuz Program 却不断遭到技术问题,没能成功地将人送上月球。

最后一次阿波罗月上行走完成于1972年。在短短的十年内,我们战胜了临近的太空,前进的步伐也在加速着。如果在那时你随便问一名美国人,或者是其他任何人类,接下来的十年内太空旅行将会带来什么,他们会做出许多大胆的预测:送更多的人上月球啦,建造永久的月球基地啦,将人类送上火星,等等各种。

于是乎你可想象,在1972年, 当你告诉那些亲眼见证了12名人类成功登月的人们,43年后,在听起来十分科幻带感的2015年,登月的人数仍然是12时,他们将会多么吃惊。或者是告诉他们,在那个年代近地轨道虽已作为了登上月球前的热身运动场,但在遥远的2015年,近地轨道仍然是人类去过的最远的地方… …

1972年的人们可能会惊讶于我们的手机和网络,但也会惊讶于我们停止了太空的探索。

到底发生了什么呢?在激动人心的十年太空冒险后,是什么让我们停止了呢?

呵呵。就像之前我们在Teslay一文里所发现的一样,“我们为什么停止?”是一个错误的问题。我们应该问:

为什么一开始我们会大胆地将人类送往太空呢?

太空旅行简直就是不可置信的昂贵。而国家的预算又是不可置信地吃紧。其实,一个国家为了去探险,鼓舞人心和挑战极限而砸下一整块预算也是挺少见的。

事实上从来就没有一个国家为了去探险,鼓舞人心和挑战极限而死命的砸钱。这两个国家花了钱是因为他们正在进行JJ长短的硬碰硬较量。 但后来的情况变成了大家都在比较谁的经济体系更好,为了能在国际舞台上hold住面子,美国政府决定降低常年的预算,把钱花在需要的地方,这样一来他们就可以赢得“谁的经济体系更好”这项比赛——

而一旦他们赢得了这场比赛,国际争霸赛也就结束了。不过特殊的争霸赛规则也结束了。美国回到了像普通人一样花钱的日子。

美国和苏联两手紧紧相握,不再像以前一样各自花钱如流水,提起裤子像大人一样开始携手工作:他们开始共同建造低地轨道上的国际空间站。

从那时开始的四十年内,人类和太空的故事又限制在了地球上。这时和太空的互动主要有以下两个原因: (注:接下来的一大部分是一个小消遣,大致介绍了人造卫星,航天探测器以及太空望远镜。如果这些小玩意儿不能让你嗨起来的话,我不会介意你直接跳到国际空间站那一部分~)

1) 向地面上的产业提供支持

自阿波罗号以来,将人类送上太空的第一个也是最主要的一个原因并不是为了满足人类的兴趣爱好。而是为了利用太空向地球上的产业提供实质性的帮助(比如人造卫星的组建)。现今的火箭发射套装只是将物体发射到近地轨道上,着眼于地球,而不是放眼于另一边广阔的太空。

以下是一些关于卫星的介绍:

卫星蓝框:

我们经常无视头顶上的这上百个小机器人,但在日常生活中它们扮演了很重要的角色。1957年,只有孤独的Sputnik卫星(伴侣号)在绕着地球转,然而现在,通讯系统,天气预报,电视,导航和天线都需要依赖卫星,同样包括一些国防部和政府情报局。

生产和发射卫星的产业、相关设备和服务产业的总市价已经从2004年的6亿美元大幅上涨到了2015年的20亿美元。现今卫星产业的收益仅占全球电信行业的4%,但却占了航空行业的60%(SIA 2014 Report)。

下图解释了世界上卫星们的各种角色(2013年):

自2015年以来,一共有1265个卫星活跃在地球轨道上,其中美国有着数量最多的卫星:528个,占了总数的40%。超过50个国家都至少拥有一个轨道卫星。

大部分的卫星都在空间上这两个独立的区域里:

约有三分之二的卫星活跃在近地轨道上。近地轨道从离地99英里(160公里)的高空开始算起,那个地方没有大气阻力来捣乱。低地轨道的最高点有1240英里(2000公里)。 技术上来讲,离地面最近的卫星有大概220英里(350公里),或者高一点儿。

剩余的(大概三分之一)卫星要远的多,那个地方叫做geostationary orbit (GEO,地球同步轨道)。这个轨道在离地球22236英里(35786公里)的上空。之所以被叫做地球同步轨道,是因为在其中卫星绕轨道运行的速度和地球自转的速度是完全一样的,因此它可以相对静止在地球上的某一点。在地球上看就像没动一样。

地球同步轨道非常适合电视卫星这种每时每刻需要固定通讯的东西。

也有一小部分卫星在 Medium Earth Orbit (MEO, 中地球轨道)上,他介于低地轨道和地球同步轨道之间。里面最有名的业界一哥就是现在地球上很多人都在使用的GPS系统。让我万万没想到的是,整个GPS系统,这个从1995年美国国防部就开始运行的系统,总共只用了32个卫星。到2012年,只用了24个了:六个轨道,每个轨道上有四个卫星。 你可以在下图中看到,随便在地球上给个点,在任何时间里,其中至少六个卫星都可以把这个点找出来。而实际情况下通常是九个卫星找出来,或者更多,请看动图:(图中,地球上的蓝点是一个假定小人,可以在任何给予时间点找到他的卫星是蓝色的,绿色虚线是卫星的视线)

这就是为什么在没有信号的地方,手机仍能够显示出你的位置:它根本就没有使用无线通讯技术。这个系统也被设定得比较复杂,只能在有4个卫星同时看到你的情况下,系统才会指出你的位置。GPS卫星有一个大约12小时的轨道周期,每一天围绕地球转整整两圈。

你们可以用谷歌地图来查看卫星的位置(这里还有一个用谷歌地图来演示卫星位置的视频)。

深度蓝框:太空垃圾

太空垃圾,是卫星界的业界毒瘤。轨道里除了那1265个活跃的卫星,还有上千个不活跃的卫星,而且还有一大堆之前任务中用完了的火箭。时不时的,里面一哥们儿就爆炸一个,或者是两个相撞,创造出无数个小碎片,这些就是太空垃圾。最近的十年内,太空垃圾数量急速增多,请看欧洲航天局做的模拟图:

大部分的卫星和碎片都聚在低地轨道上,最外面的那一圈是在地球同步轨道里。

全球的空间机构们追踪到了太空里大约1万7千多个碎片,其中只有7%是活跃的卫星。这是日前一张所有已知碎片的图解:

但更疯狂的是,他们只追踪到大的物质,也就是这幅图里显示的。小一点的碎片(1到10厘米)估计有15万到50万。而比两毫米大的物体,大概有超过百万。

碎片的问题就在于他们飞一般的速度(大部分近地轨道上的物体速度都达到了每小时1万7千米),与一个即使是很小的的物体相撞都可能对卫星或者航天飞船造成致命危害。一个一厘米的小东西,在这种速度下相撞,造成的危害不亚于一个小手榴弹(电影《地心引力》就很好的解释了这一点)。

超过三分之一的太空碎片来自于以下仅仅两个事件:2007年中国的反卫星导弹试验。中国那年发射火箭击毁了报废的气象卫星,震惊全世界,造成3000多个新的太空碎片,大到可以被追踪到的那种。而2009年美国和俄罗斯两国卫星相撞又撞出了2000多个碎片。每一次的撞击都增加了更多太空碎片,而这些太空碎片又增加了撞出更多碎片的可能性,这有造成“多米诺骨牌效应”的危险,科学家们称之为“凯斯勒症候群”(Kessler Syndrome)。有很多机构都在尝试减少近地轨道中的碎片量,他们的想法有捕获激光轰击气体拦截等等。

这里有一个图表,总结了各个国家的“太空足迹”,上面有现役卫星的数量,退役卫星的数量,以及每个国家造成的太空垃圾:

在“向地面上的产业提供支持”这一原因里,还有有一些其他的太空活动着重于人类和太空的互动,像是太空采矿太空葬礼,还有太空旅游,但至少到目前为止,卫星行业还是占了绝大部分。

2) 观察和学习

在过去四十年来,这第二个和太空互动的原因,证明了即使停止向太空送人,我们也没有停止饥渴地学习和探索。天文学家们一直都在忙碌中,通过一篇又一篇的论文,破译着那本古老的推理小说:《我们在哪里?》

天文学家通过观察学到最多,而太空争霸赛的影响之一就是推动了科技发展,将观察太空的技术提升到另一个台阶。如下就是新时代天文学家观察太空的两个高科技方法:

观察和学习工具之一:向太阳系发射探测器

基本上就是,科学家们将一个比较上档次的机器人对着某遥远的星球发射,月球啦,小行星啦,然后该机器人就在太空中飞行数月甚至是数年,开启无聊模式,直到最终到达目的地。最后根据计划,或是围绕着目的地拍照,捕获一些详细资料;或是着陆在目的地上,进行全方位观测。它每次一发现些什么,都会传回给我们。当有一天它的任务结束时,我们要不就是把别人撞在星星上杀掉,要不就是让他飞向太空深处消失。

我常常把我自己当成大家知道或不知道什么的测试纸。就像本网站以前提到过,我从三岁起就开始十分投入地和天文学约会了,所以说如果我不知道太空界里在发生些什么的话,我猜大家可能也不太知道吧。而说到航天探测器,我也曾经迷茫过。 外太空有200个吧?还是50个?9个?它们为什么在那里?谁发射的啊?它们在干嘛?我曾经知道的也就是一些时不时的新闻,一个什么什么号传回了了惊人的图片啊什么的。我一般会打开CNN网站里的相册,浏览一遍,激动,发给我另外三个也在和天文学约会的朋友,准备关上页面,同时还看到CNN那些专门吸引点击率的大标题文章,点进去一下,然后在接下来充满恨意的的三个小时里成功被摧毁生活下去的希望。这就是我和航天探测器的关系。

但在这篇文章的研究中,我很快就意识到并没有那么多需要了解的,也不需要太大的努力就可以把一切梳理好。以下就是我认为大家可以了解的八个重要航天探测器:

1) 新地平线号(冥王星,NASA)

新地平线号最先,因为它刚刚完成了它伟大的一刻。2006年新地平线号发射,开始了长达10年的冥王星之旅(而且因为在2007年时与木星擦肩而过,它的速度被木星重力大大加快了)。新地平线号最终在2015年7月14日到达目的地。他没有登陆冥王星,却飞的很近,为我们发回历史上第一张冥王星的照片:

接下来,新地平线号将会开启它新的旅程,飞向Kuiper belt(柯伊伯带),向我们发回彗星和一些矮行星的照片。你可以在这里跟踪最新情报:

不过比较尴尬的是,新地平线号发射的时候冥王星还是九大行星之一。近年来大家都在默默关注着冥王星的降级,以及避免与新地平线号的工作人员们眼神接触。尽管我也同样因为冥王星的降级而难过,但事实是,冥王星大概会因为不用再当太空名媛而感到高兴吧,像它的同胞,Kuiper belt 的矮行星 Eris (阋神星) 就一直默默无闻地生活着,直到2005年才被发现。

2) 好奇号(火星,NASA)

好奇号是目前最著名的火星漫游车。2012年,这个深受大家喜爱的,汽车大小的着陆机器人降落在了火星表面。好奇号的使命是寻找火星上是否曾有生命存在, 它去了一个巨大的火山坑里研究。 之前的两个火星漫游车,机遇号和勇气号都在2004年着陆于火星,开展了为期90个火星日的研究。两个机器人都挺过了原定服役期限,而且机遇号一直到现在都还在工作着。小哥们儿棒极了!

在火星附近还围绕着其他的一些探测器。但好奇号还是那里的一哥。

我在研究中发现了一个视频,它节选2006年的IMAX电影《漫游火星》,这个视频对我来说简直就是史上第一帅。直到我发现另外这个将好奇号送上火星的视频,这简直就是帅炸。

3) 朱诺号(木星,NASA)

朱诺号在2011年就离开了地球,在太空转了一大圈回来,2013年时飞掠地球(当朱诺号飞掠地球时,还拍到月球围绕着地球的震撼视频),得到重力助推。目前正驶向木星,预计会在2016年7月抵达。

一旦到达目的地,朱诺号就会环绕着木星,各种照相,并利用传感器探测那肥厚的云层里到底是什么。朱诺号任期结束后会摔死在木星上…希望在它落入木星烧毁前拍几张木星大气里的快照,这样人们还可以制作出一个“木星下行”的虚拟现实视频。

4) 卡西尼号(土星,NASA/欧洲航天局/意大利航天局)

1997年卡西尼号就驶向了土星,这位太阳系内唯一一个觉得穿蓬蓬裙很ok的星球。卡西尼号于2004年到达土星,它是历史上第一个环绕土星的航天探测器,常常送回来一些让你吓掉大牙的照片,比如:

以及这张:

还有这张,离环近一些:

以及这张魔幻帅图,当时太阳正在土星后面:

2005年,卡西尼号降下了它的着陆器,名叫惠更斯号(Huygens)。它着陆在土星最大的“月球”上:泰坦星(Titan, 也称土卫六)。这里有一张惠更斯号在土卫六上照下的真实照片。(见到那么遥远的行星表面,有点诡异…)

5) 和 6) 旅行者1号和2号(木星、土星、天王星、海王星,NASA)

旅行者号姐妹探测器发射于1977年,这两位探测器是历史上第一对收集太阳系外围四个巨星图片的探测器。旅行者2号仍是唯一一个拜访过天王星和海王星的探测器,并分别照下了这些可怕的照片:

旅行者号们的帅气就表现在,尽管使命早已达成,它们还在向外行驶着。现在它们俩都离地球很无节操的远,而且速度极快。旅行者一号是最快的,速度达到每小时38000英里(每小时61000公里)。这种速度快到飞越大西洋只需要5分钟。它是历史上离地球最远的人造物体,现在离咱们131个天文单位(Astronomical Unit,AU, 一天文单位就是,呵呵,地球到太阳的距离,大概9千3百万英里,也就是1亿5千万公里)。它也是首个飞离太阳系的人造物体。在目前这个速度下,旅行者1号将会到达比邻星(Proxima Centauri),除太阳外离我们最近的一颗恒星 ,嗯,会在7万3千年内到达。

旅行者号们的另一帅气就表现在,在发射之前,一个由Carl Sagan带领的NASA工作组给两姐妹分别装上了时间胶囊里面包含了很多符号、声音以及地球的图像(还有一个播放多媒体的符号说明书)。所以两位航天探测器某天就可以告诉外星人我们到底在搞些什么。也可能完全就是浪费时间。不过,who knows~

7) 罗塞塔号(彗星,欧洲航天局)

罗塞塔号在2004年发射升空,去年备受关注:2014年8月它到达了代号为67P的彗星, 并在几个月后成功投下它的小着陆器,Philae (菲莱)。67P彗星最后被研究出来是一块蛮大的石头(2.7英里/4.3公里长),不过罗塞塔号拍的图片还是满酷炫的:

8) 黎明号(灶神星、谷神星,NASA)

黎明号根本就没想到它会上榜。我不确定大家是否知道,在小行星带(Asteroid belt )上有很多巨型的,普通行星般大小的天体。小行星带是一个有着成千上万小行星的巨环,位于火星和木星轨道之间(注:不同于环绕外太阳系的柯伊伯带),包含着超过75万个直径至少有1千米的小行星。身在其中的谷神星,是一个直径为月亮27%的矮行星,重量占小行星带总重的三分之一。而灶神星,小行星带第二大,也是里面最亮的天体。我以前还没有把他们当回事儿过。总之,黎明号在2007年发射了,在2011年围着灶神星运行了9个月,并在2015年3月到达谷神星(历史上第一个环绕两个不同天体的探测器)。

除了以上这些外,太空里还有不少其他的探测器。比如信使号,一直在水星轨道上运行达7年之久,直到2015年4月自行撞击在水星上;拂晓号,日本的探测器,本应在2010年到达金星轨道,但是搞砸了,今年准备重来;还有一些比较太平无事的探测器在月球轨道上运行,像中国的嫦娥三号,它在月球上投下了自1976年以来的首个着陆器。还有其他一系列的太阳探测器。这有一张图表展示了所有过去和现在的航天探测器,并配上了好看的图像解说(链接内可查看大图):

观察和学习工具之二:太空望远镜

望远镜从17世纪就出现了,在接下来的400年里,它们变得越来越强大,成为了人类破译《我们在哪里?》的最主要工具。

但无论望远镜发展的多么先进,它们仍然会因为地面上的因素发挥有限。大家都知道,通过一杯水看光线时,它会傻傻地变弯吧?星星们眨眼也是这个道理,只不过我们不是透过水,而是透过地球的大气来看星星。大气层虽然不像水那样将光线变得那么弯,但行星们和星系对我们来说都只是一个小小的点,因此任何程度的模糊都会变成一个大问题——就像在泳池的水底研究天空中的飞鸟群一样。

在1960年,人类得到了将望远镜送进太空的新技能,在那里,望远镜可以向世人展示史上最水晶般剔透的视野。1990年,NASA发射了地球上第一个最牛逼的太空望远镜:哈勃望远镜。

这个重达13吨,校车长度的太空望远镜,有着一个7.9英尺(2.4米)长的镜头,它精确到能用激光照射到200英里(322公里)外的一颗硬币,强大到可以在波士顿的房间里看到住在东京的一只萤火虫(如果地球是平的)。而该望远镜正在340英里(547公里)高的轨道上,那里没有任何大气或光污染,它的状态正是NASA口中的“终极顶峰(NASA)”。这些都让哈勃拥有着史无前例的宇宙视野,能够在过去的25年里向我们传回美得丧病的图片,简直就是梦幻。就像这个经典的星系图:

以及这两个星系,它们正在缓慢融合中:

以及这个不可思议的“创生之柱”(Pillars of Creation )(最左边的手指很大,从头到尾有四光年。也就是说如果你坐着飞机从指根飞到指尖,大概会花450万年呵呵哒)

以及这种情况,当哈勃将他的镜头对准天空里一个似乎空着的一小块时(一小块的尺寸和月亮尺寸对比):

发现了成千上万的星系:

哈勃和其他太空望远镜们通过他们的视野,向世人展示了一个全新的世界,告诉大家我们在哪里,我们又是如何来到这里的。它们一遍又一遍刷新着我们的知识,无论是从暗能量到宇宙的起源,还是从太空的年龄和size到类地行星的数量。

在过去的40年里,这两个目标:“向地面上的产业提供帮助”以及“观察和学习”,就是我们与太空关系的全部。

而成功达成这两个目标的都是航天机器们。人类和太空的故事最近几章节也都是关于各种航天机,人类的戏份一般都在地球或是临近地球上:控制操控杆。

自从阿波罗17号1972年返回地球后,人类上太空的唯一原因就是:机器没有办法完成一些特定的任务,需要送人上去。在进入太空的大概550人中,有400位基本都是在后太空争霸赛时代进的太空。自阿波罗以来,人们变得实际了,科学家和技术师去太空都是为了工作。这就是为什么在过去40年,每一架载人航天飞机都只在地球附近一层薄薄的空间——近地轨道里面玩。

国际空间站

现在,几乎每一架载人航天器的使命都是去国际空间站里(International Space Station, ISS)接送宇航员。

国际空间站由16个国家参与建设。1998年开始动工,修建了超过十年。空间站在近地轨道的最低一带活动,高度在205到255英里(330到410公里),这个高度大概有冰岛那么长,夜晚大家肉眼就可以看到。空间站其实比人们想象中大,大概有320辆汽车那么重,有美式橄榄球场那么宽。

国际空间站到底是拿来干什么的篮框

写这篇文章前,我是真不知道空间站是用来做什么的,也不知道大家在里面干什么。每次看ISS视频,都是一些大人在里面飘着玩。

幸好,上上个月在波士顿举行了一个国际空间站大会。是由美国空间科学发展中心(Center for the Advancement of Science in Space,CASIS)举办,他们负责着国际空间站里美国的部分。我在这项会议里学到了:

  • 国际空间站是一个科学实验室。有点像一般的实验室,只不过是飘在太空那种,大家可以在零重力下进行实验(也不是绝对的零重力,是那种微重力,microgravity,等一下会向大家解释)。

  • 总的来说,空间站实验都是为了获得零重力条件。但除此之外,还有很多其他的目的:从研究骨质疏松症,比如宇航员的骨质萎缩(因为他们不用对抗重力),到测试设备如何承受太空环境;从研究液体的无重状态、怎样受外力影响,到利用重力的变化去引诱细菌们展现出如何让基因对特定药物免疫。

  • 国际空间站的宇航员们每周都有十分紧凑的时间表。总的来说,他们不是在睡觉(8.5小时)、吃饭(早餐和晚餐1.5小时,午餐1小时)、锻炼(每天强制2.5小时),就是在做实验(每天9小时)。我还给三位宇航员的时间表照了一张相。宇航员们周末放假,不过也没有那么好玩,大概就在舱内四处飘一飘,看看窗外卖萌。

  • 我不是唯一一个热切想要去国际空间站玩的人。要被NASA选上会经历激烈的竞争。在成千上万个申请人中,只有100名会进入最后的面试和身体素质测试,而最终只有1到2人可以上。极少数情况下,私人公司或者个人可以在空间站上买下一个位子,花费是6千万美元。

如果你想感受生活在空间站是怎样的,这里有一个视频

到目前为止,有15个国家的216名宇航员都去空间站玩过了:

如何将东西送上太空

好叻,现在太空里有些什么我们大概都清楚了,但它们是怎样进入太空的呢?大家有没有想过,像GPS卫星这种东西刚开始是怎么上去的?答案就是,现在有9个国家都可以把物体送到轨道上:俄罗斯,美国,法国,日本,中国,印度,以色列,伊朗,和朝鲜,还有一个非国家性组织,欧洲宇航局。如果一个卫星上天了,那是因为有人给以上10个大哥里的某个大哥付了钱,他们才可以把该卫星放在一个巨贵的火箭上。(也有因为自己国家需要而发射卫星的)

而要将人送上太空,历史上只有三个国家做到了:俄罗斯,美国和中国(一个在太空领域里急速发展的新秀)。从60年代开始,俄罗斯就开始用他的Soyuz号将人送上太空,而美国在1972年结束了阿波罗项目之后,于1981年重新使用了航天飞机项目(Space Shuttle Program) 将人送上天。

在接下来的30年里,美国发射了135个航天飞机到近地轨道上,其中133个都成功了。其中两次意外是美国历史上令人心痛的一章:1986年的挑战者号和2003年的哥伦比亚号

航天飞机项目终止于2011年。现在只有两个国家可以将人类送上太空:俄罗斯和中国。而作为曾经在世人瞩目下成功将人类送上月球的美国,现在只能借用俄罗斯的火箭送宇航员上国际空间站,还要看俄罗斯的脸色。


所以呢,人类和太空的故事就是这样的。还蛮诡异的。1970年,这个故事是:

故事本来应该按这种节奏发展:

但到了现在的2016年,剧情却是这样的:

当我回顾着人类和太空的剧情时,我的心情应该是嗨的。仅在苏联第一次将人造物体送上轨道的58年后,我们现在就拥有了各种环绕地球运行的高科技设备,在观测和通讯方面都获得了神奇的力量。太空里还有一队队机器信使遍布太阳系,不断向我们传回它们的发现。地球上空还有一个巨型望远镜,告诉着我们宇宙的真实模样。我们头上250英里的地方还有一个搭载着真人的,橄榄球场般大小的科学实验室,

这些都很牛啊。

要是剧情是这样发展的话:

我应该会觉得现在发生的简直都是奇迹。

不过不幸的是,60年代发生了,你们懂的。于是画面就成了这样:

出色的魔术表演都会遵循一个简单的道理:循序渐进。如果你不能抓住观众日渐厌倦的心,他们很快就会抛弃你。

人类和太空的魔术表演在某些领域一直处在进步模式,例如,在对太空的求知和了解过程中,我们不停地战胜自己,每隔十年对太空的理解都会上一个显著的新台阶。人类的探索精神从未中断过,自阿波罗以来,一直都在无尽的太空中茁壮成长着。

但我们有多惊讶于所发现的东西,就有多厌倦深藏在《我们在哪里?》背后的答案。探索发现带给了我们激动,鼓舞,和肾上腺素,却没有点亮冒险的明灯。航天探测器和望远镜可能会让我们大开眼界,满足我们的好奇心,但却不能像目睹自己的物种进入从未有人到达过的领域一样,触发我们内在的动物野性。在这一方面,过去的40年让我们感到空虚。在看惯了人类登月之后,穿梭在国际空间站的各种载人项目就像Ross Andersen(《大西洋月刊》资深编辑)说的那样:“如目睹哥伦布在家门口的地中海里航行那样兴奋。”

这就是为什么在今天的世界,人类和太空的故事已渐渐驶出了人们的脑海。那些本应让我们激动得下跪的大事件也变成了屌丝小故事。随便问问你认识的10个受过良好教育的人,看他们是否知道太阳系的太空探测器,国际空间站,NASA, 或是SpaceX,大部分人可能都不太了解。有的人甚至不知道现在还在有人进入太空。因为大家根本就不care了。因为上场的顺序,人类和太空的故事有点令人失望。这种情况下,凭直觉预测太空故事的下一章,大概会像这样吧:

很多人会认为这并不是坏事。他们会问:“现在地球上已经有那么多问题了,为什么还要花那么多钱送人去遥远的太空?”。麻省议员Barney Frank,30年来在美国预算决策方面扮演着关键角色,对于野心勃勃的载人航天旅行,他认为那“顶多就是一种国家不易沉迷于其中的奢侈行为”以及“完全就是在浪费钱”以及“简直就是无聊”。于是自太空争霸赛以来,NASA的经费大幅削减。说明不仅仅是Frank一名政府官员持这样的看法。

乍一看,Frank的说法完全是有理的。毕竟面对医保,国家安全,教育和贫困这些种种问题,我们真的应该去容纳“探险经费”吗?在这种节奏下,人类和太空的故事似乎最有可能像上图那样发展。

我用了过去两个月的时间不断的阅读,讨论和思考这个故事未来的发展情况,现在我对未来的看法完完全全的改变了。

我认为我们都在等待一个巨大的惊喜。

第二部分:Musk的使命

和其他所有人一样,Elon Musk有很多人生目标。和其他所有人不一样的是,他的人生目标之一是将一百万人送上火星。

在过去的几个月中,每次和朋友解释我在怎样创作这一系列的文章时,只要我一提到火星,一切就都变了。朋友们的面部表情从“神马??不可能!!”到“哎,我以为Elon Musk很棒的,没想到他只是个愚蠢的土豪罢了”到“我可以笑吗哈哈哈,难道Tim是认真的吗,他会生气?”

唯独没有得到过这样的回应:“太棒了,这真的可行。”

我完全理解——因为其实之前我和朋友们的想法是一样一样的,直到最近。通常一个句子如果包含了火星两个字,那这句话不是在讲深奥的天文学,就是一个炫酷的科幻小说。而征服这个词通常出现在历史叙述中。这两个词不可能一起用来描述现实世界。

为了解释马斯克为什么要将一百万人送上火星,我要先向大家介绍两位外星人,他们生活一个位于银河的另一边的类地行星上——Zurple 和 Quignee:

Zurple和Quignee的星球,Uvuvuwu,比地球晚形成12亿年,但是由于Uvuvuwu星球上的低等单细胞有机生物进化成复杂的多细胞有机生物只用了3亿年(地球上这一过程用了16亿年),Uvuvuwu星球上的生命完爆我们,早在1100万年前就达到了人类的智力水平。如今,Uvuvuwu上生物的发达水平远非我们地球人所能想象。

240万年前Zurple和Quignee在研究生院见面时就成为了朋友,他们最喜欢的活动之一是观察银河系中出现智慧生命,下赌注这些生命会灭绝还是会“通关”(凭借我们所不能理解的先进技术,他们可以实时看到所有行星)。

最近,Zurple和Quignee被143-Snoogie行星——这是他们对地球的称呼——上面发生的事情所吸引。早在35万年前他们就对143-Snoogie产生了兴趣,当时Zurple的IntelligenceWatch App上面收到了这样一条告警:

143-Snoogie上面的生命已达到了致命的智力水平。

他那时正和Quignee共进午餐,说起这个告警时,Quignee说:“我赌百分之二百他们会灭绝。”Zurple接受了赌约。为什么不呢?观察追踪一组物种并在他们身上下赌注,这事一直其乐无穷。

但是最近,从100年前开始,这两个外星人对143-Snoogie上的生命形式观察更入微了,直到今天,他们已经痴迷于这个星球上发生的一切。

为了弄清楚原因,我们来思考一下他们的赌约,到底什么会让他们分出胜负。Quignee想要人类灭绝。想得牙根痒痒。Zurple希望人类“通关”,无论通关是什么意思。我们会再回到这里。

有一件事情他们可能已经在留意了,就是143-Snoogie星球生命史上灭绝事件的规律。我们来看一下。

宇宙的可怕之处

物种灭绝和人类的死亡有共通之处——总是以平缓的速度时不时地发生。而大规模的物种灭绝事件,就像战争或者席卷人类的流行病一样——是一举毁灭绝大部分人口的罕有事件。人类从未经历过大规模灭绝事件,这样的事件一旦发生,结果便极有可能是人类灭亡——或者事件本身会毁灭人类(比如一个足够大的小行星撞击),或者是事件造成的后果(比如造成食物供应大大减少,气温急剧变化,或者大气成分变异)会终结人类。下图展示了历史长河中的动物灭绝事件(用了海洋灭绝来做纵轴比较)。我标记了五次主要的灭绝事件以及每次物种灭绝的百分比(这张图没有包含很多人认为人类自作孽导致正在发生的新大规模灭绝事件)。

自然发生的灭绝事件可能由多种因素造成。苍茫宇宙,危机四伏,而我们只是茫茫之中脆弱的有机体,要在一系列条件的微妙平衡中才能生存。我们存活至今,只是因为迄今为止宇宙允许我们的存在。一些可能会摧毁我们的事情:

  • 近距离的超新星爆发。超新星爆发,是宇宙中最大规模的爆发,巨型星毁灭时会发生。如果超新星爆发出现在距地球30光年以内——这样的爆炸约每隔25000万年发生一次——那就可能成为我们的末日。

  • 伽马射线爆发。伽马射线爆发是宇宙中亮度最高的事件。当大质量恒星的内核融合为越来越重的元素以至于最后无法再融合时,恒星会崩溃成为黑洞,喷射出双向射线,几秒钟放射出的能量就等同于太阳终其100亿年的一生所释放的能量,难以置信。伽马射线爆发比超新星爆发罕见得多,每个星系每百万年只有几次,但是不同于超新星爆发(在我们这样的星系中每个世纪大概会有两次超新星爆发),伽马射线爆发从很远的距离就可以极大程度地毁灭我们,从我们星系中的任何位置都可以——如果射线刚好朝向我们的方向。根据假设,上图五次大规模灭绝中的第一次可能就是由伽马射线爆发造成的

  • 超级太阳耀斑。太阳耀斑一直存在,是地球的磁场保护着我们不受其侵害(这就是北极光的产生),但是我们观察到其他类日恒星会有偶尔的超级耀斑,比正常的太阳耀斑威力强大几百万倍。如果我们的太阳也出现超级耀斑就完了。提到地球的磁场——

  • 地球磁场两极反转。如果地球磁场想要吸引眼球,反转随时可能发生——平均约每百万年发生两次。两极反转本身并不是问题——但是转变过程极具危险。磁场反转的过程会持续100至1000年,期间磁场力量减弱到大约只有正常值的5%。因为我们依赖于地球磁场的保护才免受伤害,这对生命来说就是灾难性的。科学家们已经演示了磁场反转和大规模灭绝事件之间的关联

  • 流氓黑洞。时不时地,这些无赖就会不请自来地溜进太阳系,带来一场浩劫。即使不靠近地球,哪怕在距地球10亿英里处经过,都会把地球轨道甩得更加近似椭圆,导致夏季气温升至150F(60C),冬季气温降至-50F(-45C)。这还怎么活。

  • 混账外星人。让我请已故物理学家Gerard O’Neill来总结一下:“先进的西方文明对所有与其有接触的原始文明都是毁灭性的,尽管每次接触都是试图保护或护卫这一原始文明。我有充足的理由相信同样的事情也会发生在我们身上。”

  • 全球性的传染病。没有好莱坞式结局的传染病爆发

  • 小行星。额。关于子弹要说的太多了,来个蓝框:

令人不快的小行星效应蓝框

太阳系中各个角落都有四处漫游的小行星和彗星,从鹅卵石大小到矮行星大小,但大多都分布在三个区域——1)火星轨道和木星轨道之间的小行星带(本来可以凝聚成为自有行星但由于附近木星的万有引力没有成功);2)海王星轨道周边的柯伊伯带,这个大得多;和3)太阳系周边的巨型球体奥尔特云,这个大得多得多。

星球大小快速入门:如果太阳系是一便士大小(直径=2cm),海王星这个小针孔在便士边缘环绕(地球的整个轨道小似中心的一个小点),小行星带就是用削尖了的铅笔在便士中心画的直径大约2毫米的小小的圈。彗星带则是便士外围的一个扁平的圆圈(就像土星的环),厚度就如你用指尖画出的。不像小行星带和彗星带都是光盘形,奥尔特云是一个球体,从距便士大约30厘米(1英尺)的位置向四周各个方向延伸,外延30米(100英尺),比宇宙飞船地球还要大一些。以便士为起点,最近的恒星在90米(295英尺)远——将近三倍便士到奥尔特云外围的距离。假设太阳系便士在足球场的一边端区,最近的恒星就是在另一端区的一个针孔,而旅行者1号,运动速度最快的人造物体,如今已经连续38年嗖嗖地驶离地球,现在离便士也只有4厘米远——它已经成为史上最远的人造物体了。我得让自己停下来再回到文章上面去,但这有点难度因为天马行空写出这段太享受了。

好了,回到小行星。

因为碰撞或者一些重力干扰(可能来自木星或者某个路过的恒星),小行星或彗星(后面行文我就仅用“小行星”来指代这二者了)会被推移出正常轨道,我们就有可能被这类小行星撞击。

小行星并不需要多大体积就足以摧毁一切。1908年,一个很小的,60米的小行星在西伯利亚3-6英里(5-10千米)的上空发生爆炸。即便从那么高的地方,它还夷平了8000万棵树。如果它在地球表面爆炸,那威力可相当于超过1000个广岛原子弹。一个直径只有半英里(0.8千米)的小行星爆炸在空气中扬起的尘雾足以让地球的气温持续几年降低几度,进而引发各种意想不到的后果。1989年,一个这样大小的小行星就在地球六个小时前所在的位置,穿过了地球的轨道。更大的小行星撞击结果会怎样呢?来看一下,注意在木星身上这个大小和地球差不多的撞击痕迹,就是小行星惹的祸:

那颗让恐龙伤心欲绝而遗臭万年的小行星直径大约6英里(10千米)。如果被上述任一小行星撞击,后果首先将是撞击区域附近比太阳表面温度还要高10倍的滚滚灼热,小行星则以100倍子弹的速度自天而降,空气都将来不及躲闪被压在下面。紧接着几乎瞬时地,冲击波会向四周各个方向扩张,将方圆数百英里夷为平地。到此时,爆炸威力将超过十亿个广岛原子弹,成百上千的立方千米大的石块已经从小行星和爆炸地飞升出去,形成一座高耸入云的黑墙,不可逾越。当所有这些石块雨再由空中落下时,又会变成数以千计的巨大火球,将整个地球的城市和森林变成一片火海。很快,整个地球都会变得灼热炙手,接下来是一连串的地震,火山爆发,前所未有的飓风海啸猛烈地冲击每个海岸。再然后,尘土烟雾将笼罩全球,让人经年累月不得重见天日,地球急剧降温——千年之后地球的气候都无法回复如初。

假设地球是一栋三楼小别墅大小,所有这一切的罪魁祸首就是一粒豆子大小东西的撞击。

地球本身并不会因撞击而受多大影响——但地球表面脆弱的生存条件将会天翻地覆。这里有一个视频描绘的就是我刚刚讲述的这些事情,很是压抑。

更加恐怖的是,小行星在太空中几乎是不可见的,很难发现。太空研究机构和业余天文学爱好者确实在追踪一些有潜在威胁的小行星,但多数情况下,在小行星从天空翻滚而下之前,我们根本没办法知道它要造访地球。

所以,尽管我们生活的宇宙和地球看似安稳宁静,实际上更像一个暂时平静的森林——冷不丁地,就会从树丛中蹿出一个狰狞的嗜血食肉兽,然后绝大部分生命都将遭到荼毒蹂躏,甚至绝迹。上面的大规模灭绝事件图讲述的是发生在过去的五个恐怖故事,都是安安静静的地球突然变成了当时所有生物难以言喻的噩梦。这是会再次发生的——就在这里,在你坐的地方。唯一不确定的问题是什么时候会再次发生。

我们来看一下6亿年的动物史以及期间的大规模灭绝事件:

这条时间线上,我们看到虽然未来在劫难逃,但是这里的时间尺度是极其大的,所以在近期发生毁灭性的自然灾难危及人类存亡,这种可能性还是很低的。多低呢?

来梳理一下头绪,我们先假设未来5000万年中有很大可能发生大规模灭绝事件,也就是说,有50000分之一的可能性在未来1000年内发生。按发生概率计算,这就相当于有人在地上画个X告诉你未来一个月内会有闪电刚好击中这一位置。一个月的50000分之一大约是一分钟,那么接下来一分钟内闪电击中X位置的概率就和地球在下一个千年遭遇大规模灭绝事件的可能性一样。换句话说,确知闪电会在这个月内某个时间点击中X位置的情况下,下一个千年继续生活在地球上的安全感,应该就像下一分钟站在X位置一样。

如果在闪电的例子中,一千年是一分钟,那么人的一生大约就是五秒钟。所以问题就变成,如果你站到X点上五秒钟会感觉如何?反正我无论在X点站多长时间都不会心潮澎湃,那五秒钟可能确实有少许压力——但我也明白自己几乎是绝对安全的。这就是我们有生之年活在地球上应有的感觉——至少在涉及生死存亡的自然灾难方面是。

如果你只在乎自己的生命,或者只是自己后裔的十代生命,那存活于地球绝非难事。

但如果你关心的是人类这个物种,就要换种方式思考了。如果人类作为一个物种永远滞留于地球上,那就像一个人打算在X点直挺挺地站上好几个月。上面的灭绝图告诉我们,闪电大概每两个月会击中X点,所以这绝不是一个很好的长期计划——不对吗?或许先进的科技可以帮助我们在几次迎面而来的闪电中幸免于难,但这可不是什么让人愉快的经历,而且每次闪电都可能将我们一击毙命。

我们再换种方式来看。想象地球是一个硬盘,地球上的每个物种,包括我们,都是硬盘上面的一个Microsoft Excel文件,充斥着数万亿行的数据。用我们缩短了的时间尺度,5000万年=1个月,那么:

  • 现在,是2015年8月
  • 硬盘(也就是地球)形成于7.5年前,在2008年初
  • 一年前,2014年8月,硬盘存储了Excel文件(即动物的起源)。从那时起,新的Excel文件就在不断地生成,有的文件出现了错误信息已经无法再打开(即灭亡)。
  • 自从2014年8月,硬盘已经崩溃了五次——即灭绝事件——分别是在2014年11月,2014年12月,2015年3月,2015年4月和2015年7月。每次硬盘崩溃后,都会在几小时后重启,但重启后都会有大约70%的Excel文件消失。除了2015年3月那次崩溃,那次有95% 的文件损毁。
  • 现在是2015年8月中旬,智慧人类的Excel文件刚刚生成约两个小时。

问题来了——假设你有一个硬盘上面储存着极其重要的Excel文件,而且你知道这个硬盘特别靠谱地每隔一两个月就会崩溃一次,最近一次发生在五个星期之前——显而易见你应该做什么?

你肯定会把文件复制到第二块硬盘上。

这就是为什么Musk想送一百万人到火星上去。

为什么是一百万人?一百万是Musk粗略估计出的人类要做到完全自给自足所需的最小人数。这里对自给自足的定义很简单——就是指如果地球毁灭,火星上的人口可以继续生存繁衍壮大下去。他们不能在任何方面依赖地球。需要挖矿?火星上的人口中要有人懂得如何开矿,要有矿工工作。需要建个新的医院?要发射火箭去维修坏掉的网络卫星?要扩大农业生产以解决食物短缺?由于战争爆发要采取紧急措施?火星上的人口需要自己解决所有这些难题。Musk认为一万人或十万人没办法做到——但一百万应该够了。

这个概念——让人类生命自给自足地存活于多个行星——通常被称为“行星冗余”。Musk把它称作物种的生命保险。我把它叫作硬盘备份。

当然,火星硬盘并不比地球硬盘可靠。它和地球一样,也会面临很多同样的灾难,它也会每一两个月崩溃一次。但通常情况下,两个硬盘不会同时崩溃。如果其中一个硬盘真的损毁严重,导致我们在上面的Excel文件全部丢失,那另外一个硬盘也会继续存在一段时间——这段时间大概足以再去做一个新的备份。

所以现在你把珍贵的Excel文件放在了两个硬盘上。感觉应该好多了。但如果文档对你来说真的万分宝贵,那仅仅把它们放在两块硬盘上或许并不能让你高枕无忧。你大概希望再多复制几份到其他硬盘上。但是我们有其他选择吗?正好再来个蓝框:

哪些行星听上去适合生存?

我们一个一个来看。

水星

水星时运不济成了离太阳最近的行星,就像在一张桌子旁入座时,坐在了一个450磅重、面露凶相的好色男身边。如果你身处水星,那白天就要在800F(430C)的天气中度过——这个温度下,如果你朝地上扔一大块铅,它会融化成一团泥浆。水星上几乎没有大气层,所以除了要忍受炙烤,你还会站在真空中,肺里的空气瞬时会被挤压而空,皮肤中的水分也开始蒸发。没有大气层还意味着你要遭受太阳辐射的剧毒(天空看起来就像是地球上天空的2.5倍那么大)。这还没完,水星的引力只相当于地球引力的38%,所以你可以在立刻死去的同时试试随意地跳来跳去。到此为止,你一定很担心夜晚的降临,听到水星的日夜循环是58个地球日你肯定会更加愁容满面。

一个月后,当夜晚终于来临,你欣喜若狂,但一分钟后你发现气温骤降到了-280F(-170C),这个温度比地球历史上所记载的最低气温(南极沃斯托克站)还低152F。因为水星没有大气层,不能保留一丁点儿太阳的热量,也无法散布热量到行星各处。并且你还是得痛苦地站在真空中。在严寒中冰冻一整个月,然后再在日出时烤焦。

你在水星最大的赌注是极点附近,那里虽然寒冷长期黑暗,但至少有冰,你可以保持水分。理论上可以在那里建设人类基地,但胜算太小。

我问起Musk水星的时候,他把它称作“地狱之洞”,关于水星的谈话就再也没能进行下去。

金星

金星的恶劣无人能出其右,

跟金星相比,在水星生存简直就是逍遥地坐在毛伊岛的海滩吃烤虾。

金星的大气层是另一个极端——浓密得不可思议——跟这比起来,真空反而让人觉得可爱。金星之旅将会是这样的:

首先,空气中96%是二氧化碳,剧毒,无法呼吸。

其次,如果你瞬间就会被超过地球表面90倍大气压强的大气层压扁,谁还在乎空气是否可以呼吸。这个压力相当于你在海面一千米以下感受到的压力——比有记载的器械潜水深三倍。即使你莫名其妙地可以保持直立,在这样的大气压强下移动一下手臂也会感觉像在深水中一般艰难。

再次,如果得知金星气温870华氏度(465C)谁还在乎前面两项。想象将烤箱加热到铅的熔点,然后再将温度升高138度——金星整个星球都是这个温度。到了晚上(这里的晚上也不会轻易到来——金星的白天比它的一年还长),金星的气温完全维持不变,因为它厚实的大气层保留了全部热量。

在白天,你会在微光中经历这一切,头顶橙红色的云层。太阳看上去只是天空中朦胧的,稍微明亮呈现黄色的那部分。在晚上,就成了漆黑一片,没有星光——但大气层的高压还在,熔炉般的高温也还在。至少那里不会有虫子

鉴于我以上所说,苏联探测器金星13号的降落真得让我刮目相看,金星13号在1982年一路降落到金星表面并且存活了127分钟——这个时间够长了,期间拍下了这两张照片,也是人类仅有的金星表面的照片:

在金星表面不会有风的问题,你只会感觉到轻轻的微风——但如果你顺着大气层向上走,马上又是另一番景象。金星的高空大气层是一种新的地狱——持续不断的狂风,风速是地球上威力最大的飓风的两倍,夹着一滴滴的硫磺酸(用来疏通排水管道的那种酸),嗖嗖地打到你的脸上。典型的金星。

然而,假设你诡异地最终穿越了金星让人痛不欲生的大气层到达了大气层顶部,迎接你的将是——简直不可思议——怡人又宜居的生存条件。在金星的云层顶部很随机地分布着一层和地球上的气温及压力都相近的云层,而且因为氧气和氮气都从金星浓密的大气层中升腾起来(就像地球上升起的氦气),这里的空气或许可以呼吸。事实上一些科学家已经认真讨论起人类征服金星的高层大气,建造“漂浮在金星大气层中海拔50千米上空的城市”。

我问起Musk金星的时候,我很惊讶听到他暗示如果要去这个行星生存,还是有可能的,只是“困难重重又重重”。他说随着时代发展,科技进步,或许有办法清理掉金星的大部分大气层,或许它可以作为人类在遥远未来的殖民选择。

火星

如果火星是地球上的某个地方,一定没有人想去那里。

但如果说要移居到地球以外的星球,在其他所有星球都恶劣如梦魇的情况下,移居火星听上去还是很值得考虑的。简单来说,火星就是更冷一些的南极,看上去像亚利桑那州的沙漠,上面的空气无法呼吸,上面的太阳如果长时间暴露其下会被辐射致死。火星在任何方面都比地球上条件最差最不宜居的地方更恶劣。但如果要建个人造“居住嚢”,建个小小的温室花园,一个不错的太空舱,火星上的条件还是绰绰有余的,事实上你是可以在火星上存活的。火星上面甚至还有水——而且很多——封存在极点的冰层中,如果你在一年中合适的时间出现在火星正确的地点,还可以享受到70F(21C)的舒适温度。或者,当你透过居住嚢的窗户向外观望时,至少知道外面天气还不错。

火星的一天(一个“太阳日”)大约是24.5小时,这无论是对人类还是对植物来说都很适宜。而且火星重力大约是地球重力的38%,这个重力条件下,你基本可以正常运行。甚至还可以享受低重力条件下的乐趣,比如可以跳起来轻轻松松灌个15英尺的篮筐,或者住在二楼,早上直接跳出窗户去上班(粗略来讲,三分之一的重力作用就意味着,在地球上从X英尺高的悬崖跳下是什么感觉,从火星上3X英尺高的悬崖跳下就是什么感觉。)

太阳系最惹人注目的旅游景点也在火星上——太阳系最高的山,奥林帕斯山。

这山大得可以覆盖整个亚利桑那州,珠峰在它面前就是一个小土丘。

更不用说火星上的峡谷,美国大峡谷跟它比起来就像是被纸片割伤了一下。

我们后面还会介绍更多火星的情况,但是理论上,只要技术足够先进,人类足够努力,就可以将火星地球化,未来某一天变成草木茂盛,海洋浩瀚的宜居星球,甚至不用穿太空服外出。

行星相对距离深度蓝框

在我们离太阳越来越远之前,先来弄明白这几个距离。你可以把太阳系大致分为三等分,每段约10亿英里,或者10天文单位长(1个天文单位即是太阳到地球的距离):

第一段:太阳到土星

第二段:土星到天王星

第三段:天王星到海王星

所以如果太阳系是一码长,土星,天王星和海王星就都位于每隔三英尺处。木星离太阳六英寸(约5个天文单位)远,将第一段一分为二,其它四个行星都挤在第一英尺的前两英寸之内:

木星、土星、天王星和海王星

但愿你是喜欢大地的,因为其他这几个行星都没有地表。来看一下这四个遥远的行星何以至此:

46亿年前,太空中有大量的气体云层,不知为何开始凝结。宇宙中的物质很清楚这是怎么一回事——就像黑色星期五突然到来,大家都疯了似的拼命争抢集结更多的物质。每个恒星或者行星都明白,胜利的关键是先发制人。如果竞争伊始你已经拥有最大的质量,那你就可以不紧不慢地继续收集越变越大,不断增强你的优势。一旦某个星球在早期遥遥领先,其他星球就很难后来居上了。

最终的胜利者会成为恒星——其他星球就沦落为狗仔行星,围绕着恒星转上100亿年,直到恒星筋疲力竭,寿终正寝,再上演新一轮的游戏。

在我们的太阳系,赢得比赛的是太阳,在争抢中聚集了气体云层总质量的99.8%。到那时,争抢剩余的质量已经变成一场血战。那些抢到足够多质量的至少可以保留尊严,做个行星。那些努力了但是失败了的最后只能忍受屈辱,做100亿年行星的狗仔——成为卑微的卫星。

而不能成为恒星、行星或者卫星的倒霉物质就注定成为小行星——太阳系无家可归的流浪汉——或者被更大的星球吸收,完全失去自己的身份。宇宙中也是世道艰险。

在这场恶战中,有时也难免尴尬。某些经验不足的物质,不懂得太阳系形成的金科玉律——要知道自己何时被打败,愿赌服输。水星,金星,地球和火星明显一早发觉异常,明白太阳已经遥遥领先,识时务者为俊杰,随即变换策略,立志成为一个行星。

另一方面,那四个气体巨人,怀着沉痛而又绝望的心情不屈不挠地努力收集气体试图翻盘,最后也于事无补。这样一来,处境反而更糟——成了一个怪异的“似是而非的恒星”。土星的构成跟太阳一样,是氢气和氦气,但和太阳不同的是,土星的质量不足以引发聚合,只足以不断地提醒人们它在星球争霸赛中的失利。当然,气体巨人们并不肯承认。在大局已定,它们无法成为恒星时,它们四个齐刷刷地变换强调,声称自己的目标一直都是成为行星。如今,它们郁郁不得志地成了介于恒星和正常行星之间的无人之地,傲娇地做个没有地表的行星度过100亿年。谁都不想成为没有地表的行星。

我们并不完全清楚像土星这样的气体巨人内部究竟是什么情况。如果你企图去搞明白,由于土星强引力(地球引力的2.5倍)越来越快地向内吸引你,你在外太空就会被压缩。当你降落时,世界会变得黑暗,灼热,压强也越来越大。最后,你所在之地就是漆黑一片,气温会超过太阳表面的温度,沉甸甸的大气层在你之上,周遭的气体压强之大会让你感觉像液体(这被称为“超临界”状态)。氢气太浓,以至于电子开始在原子之间流动,营造出电流的液态海洋——导电金属氢。至于木星中心是否有一个固态核供你降落,就未可知了。

我们知道的是人类一定不会移居木星。或者土星。或者天王星。或者海王星。

木星和土星周围那些巨大的,坚如磐石的,并且有冰层覆盖的卫星,人类倒是有可能移居过去。但那里不会暖和。我们或许可以移居到地球自己的卫星月亮上,但月亮其实就是稍微温和的水星——白天气温可以让水沸腾蒸发,晚上的气温可以让氧气液化,并且无法抵御太阳辐射。而且28天的自转周期意味着植物要忍受连续两个星期的黑暗——这可不容易。

我问Musk,除了火星人类还有可能移居哪里,他说如果我们的科技足够发达,还是有几个地方可以去的——几颗卫星,几个最大的小行星,甚至水星和金星如果你真的疯狂的话,最后他说:“我是说,迄今为止,火星是最好的选择。”

在我们结束蓝框回到非蓝色的正文前,请认识到现在居住在地球上是多么幸福!!!想象一下我们所拥有的这些特权,室温天气,一倍的大气压强,g重力,微风拂面,大雨倾盆,浩瀚海洋,磁场和大气层对太阳的双层防御,食物遍地,还有你可以呼吸的空气。得要无穷数的因素全部都刚刚好,你才能够不用穿宇航服就可以出门散个步。接下来的七分钟让我们来感恩奢侈的地球生活,七分钟后我们又会不约而同地将这感恩忘得一干二净了。

我们重新定位一下。到现在为止,我们论证了:

  • 备份人类硬盘是现如今不仅重要而且必要的一件事——把所有的鸡蛋都放在一个行星篮子里孤注一掷,我们就会很容易灭绝。
  • 火星是目前备份人类硬盘最好的地方。
  • 但随着科技进步,我们确实可以通过占领太阳系中十个甚至更多卫星、小行星和行星创建更多备份。

另一个有意思的方案:科学家们探索了一系列创意来建造看起来好玩的人造太空居住地。但其实我们现在的想法会受制于现有的想象力,对于我们来说史前人类居住在洞穴里面特别原始,我可以预见到对于未来人来说居住在行星上面也是一样的。在过去几千年,人类发明了“里面”这个概念,以致现在的人们都会把家想做是一个室内的地方——或许在将来,巨大的人造太空居住地相对整个世界来说就是“里面”,但这是一个湖光山色绿树成荫,居住着数百万人的地方,睡觉时担心天气、地震和小行星撞击,就如同洞穴人担心狼群袭击一样。可能是这样的。

不管怎样——一旦有数百万人在几个不同的星体或者居住地,那Excel文件就万无一失了,人类也得以长存。

另外还有

当然,所有这些硬盘备份都还同属于太阳系,如果你所有的备份都在同一栋房子里,就还是有问题的,比如房子失火。我们不但不幸遇到个注定崩溃的硬盘,也不幸住在一栋迟早会失火的房子里。太阳的寿命已经差不多过去一半了。接下来是第二幕的剧本:

恐怖统治地球以后,太阳会向外扩张,将我们潜在的家园一个接一个地毁灭。幸运的是,我们还有上图中标示为绿色的那段时期,在这段时间我们就有机会做些什么。马斯克指出,从地球之始到海洋蒸发,热浪来袭,无法生存,复杂生命灭亡,现在已经度过了这整个历程的90%——“所以如果当初智能生命的形成多用了10%的时间,那它就根本不会形成了。”说到人类进化,我们现在已经到了第九局,正是千钧一发之际——在被永久性地打出局之前,我们必须想办法扩张到地球以外,甚至太阳系以外。

有一个好消息是,这里的时间尺度都特别长。在很长的一段时间里,太阳并不会有任何不轨,我想,如果我们能够一直生存到绿色时期末期,到那时我们的科技水平一定能够使我们A)在需要的时候轻松转移到太阳系中较安全的地方,B)扩张到银河系其他适宜生物生存的恒星系,成为多恒星系物种,并且/或者C)创造出无需恒星即可产生能量的安全的太空居住地——通过原子核技术,或者通过其他我们现在还想象不到的先进技术,后者的可能性更大一些。

所以我们的待做事项包括:

1)在地球上灭绝之前,摆脱对地球的依附(通过变成多行星物种)。这就给了我们时间:

2)在太阳毁灭太阳系之前,摆脱对太阳系的依附。

说到第一项,没错,下一次大规模灭绝事件随时可能发生,但是如果我们利用接下来的几千年找到出路,扩张到地球以外,我们就可能在无可挽回的灾难到来之前得以保留自己。

所以情况看上去似乎还是可控的——但回到Zurple和Quignee。如果灭绝事件离我们还有几千甚至几百万年之远——他们两个为什么现在这个时候就在观察143-Snoogie上发生的事情还观察得这么兴致勃勃呢?

人类的危险之处

为了强调成为多行星文明意义多么重大,Musk经常谈到只有不断拉远镜头回溯历史时所有事件才显示出其真正的重要性。镜头拉得越远,事件就要越具扭转性才能在这个维度上显现出同等的重要性。

你可以在现实世界试一下这个变换镜头的游戏。在你坐的地方,街道,房子和车子都是重要的物体。但在飞机上,这些东西都消失了,只有像城市,湖泊和山脉等大型的物体才会显现出来。而在国际空间站,只有大洲和大洋是有意义的。再远一些,就只看得到行星和恒星。再远的话,只剩整个银河系了。

当你变换镜头回溯生命史(这个我们也玩过一次,在这篇文章里)时,也是同样的概念。每日新闻里的一个事件,可能是新鲜出炉的丑闻,金融市场的波动,抢劫,游行,运动盛会,或者是两个政客的会晤。这些事件都相当小,因为“重要性筛选器”的筛选条件就很小。

如果我们把镜头拉远到以年为单位,就像从地面到了飞机上——大多数每日新闻报道的事件都因太远而淡出视线,虚化为背景了。在这个距离,只有那些一年中影响最大的事件才凸显可见,而之前较难把握的大型的重要故事情节则呈现出更加清晰的轮廓——一次恶劣的恐怖袭击,一次大选,一个风靡全球的新产品或新服务。

从整个世纪的角度来看历史,就像从国际空间站回望地球。世纪性的大事,就像从飞机上无法看到的大洲和大洋的全貌——如全球蔓延的文化或政治变革,战争或其他悲惨事件以及它们所带来的改变,开创先河的科学突破,改变世界的科技进步。

如果我们再将时间视角拉远到几千年,更大型的故事线才显现出来——帝国的兴盛衰亡,宗教在全球范围的传播,科学技术的不断迭代,以及影响世界长达几个世纪的现象比如帝国主义时代,工业革命和民族国家的成立。

镜头拉远到百万年,我们就能看到人类物种的整个发展历程。我们可以看到大迁徙,语言的发明,农耕的发明,文字和最终工业世界的发明。

然而,即使在史诗级的视角,我们还是会因为事件太过放大而不能从整体层面看清生命的历史。生命的历史比人类历史进化得缓慢得多。

甚至远至千万年的角度,我们也只能看到生命历史的蛛丝马迹。而人类自己的进化史,我们就可以看到大猩猩日益多样化,类人-黑猩猩的部落分化,以及最终发展成为人类的人属的进化。而你从1千万年的维度来看其他生命的历史——看不到什么大事件,大多只是已有生物的演变。

如果用5亿年的视角,我们就可以看到动物界的大事件。生命越来越复杂,由鱼,到昆虫,到爬行动物,再到哺乳动物的出现,中间伴随恐龙的出现和消亡。在这个维度,那五次灭绝事件就清晰可见了。

我们再一路拉远镜头——直到38亿年——直到一端看到生命的起源,另一端是当今世界,这个维度还有什么算是重要的呢?

我们看到简单的单细胞生命,接着是复杂的单细胞生命,然后是多细胞生命。我们看到生命形式不断多样化,从海洋到了陆地,最终哺乳动物出现,进化出高等智力。

将哺乳动物和高等智力归类为生命史上最重要的事件似乎有些妄自尊大,其实并没有,因为只有通过清醒的意识,生命才能完成下一次的重大跳跃——成为多行星生物。

如果人类在火星上自给自足,那对地球上所有生物而言都将是一个重大转变,即使透过最大的伸缩镜头来看也意义非凡——它的重要性就是这个级别的。

这样一来,你就会意识到,尼尔·阿姆斯特朗将登月称为“人类的一大步”并不名符其实。登月的重要性和将人第一次送入太空或者人类第一次征服珠峰是一样的——都是伟大的成就。但如果一个海洋生物第一次触碰干燥的陆地,在那躺了一分钟随即又被冲回大海,那就不是生命的一大跳跃,登月也不是。只有当一定数量的变异了的鱼类开始在陆地自给自足地生存下来,生命才完成了一大步。同理,只有永久性地征服火星对人类来说才算是一大跳跃。

但我们是不是应该停下来反思一下,在38亿年——即38, 000, 000个世纪——的历史之后,我在这声称这个世纪我们将见证有史以来六七次伟大飞跃之后的又一大进步,这是不是有些奇怪?这怎么可能呢?

等一下,这让我想起了什么。我们探究人工智能时,这些事情似乎都是理所当然的A)下个世纪会爆发超级智能,并且B)地球上的所有生命都将受到永久性的戏剧性的影响(先不论结果好坏)。这是不是也算得上潜在的一大步呢?

而且——随着我们对人类基因的认识更加深入,基因工程科学进展神速,我们是不是大可相信一百年后科学界已经找到办法不但使人类比正常的生物寿命活得更久,甚至能够让人们逆龄生长?如果我们真的如愿以偿克服了衰老,那不也是生命史上浓墨重彩的一笔吗?

这都是些什么跟什么??

亦或是我天真得不可救药,亦或这真的是一个最好的时代。接下来是我的一些想法。

我们之前讨论过,进步的速度是呈指数型增长的,因为进步越多,接下来的进步就会越快,未来知识的大爆炸将会开启一连串级联进步。我们可以看到一系列日益突增的进步就是这样发生的:

  • 在10万年的历史中,史前人类物种对自然界的影响远远超过了正常值——没有其他物种曾经有过如此巨大,如此广泛,如此迅速的变化。

  • 拉远时间镜头,自从农业革命以来,人类在过去1万年的进步又远远超过人类史上在此之前的任何一段万年时期。

  • 再次拉远时间镜头,工业革命以来,1815年到2015年,近两个世纪的工业和科技的突飞猛进,也是在此之前的任何一段两百年时期所不可及。

如果你把这些图放到一起,就得到了这个值得深思的趋势图:

所以或许并不是我太天真——或许我们有充足的理由相信我们确实处在前所未有的进步指数增长曲线的攀升期。而因为力量伴随进步而来,如今人类物种也拥有着史无前例的巨大影响力。

终有一天,人类的力量将会强大到一个世纪内就可以实现曾经微生物和动物生命用上亿年才完成的巨大进步。

如果一个物种变得如此强大,可以在一百年内实现广大而艰巨的跳跃性进步,那他们基本可以随心所欲地玩弄世界于股掌之间了。我们给它起个名字,叫到达神界。如果进步确实在加速,那不容置疑,终有一天某个先进的物种会到达神界,而且似乎已经有很多证据说明人类如果不是已经达到了神界就是在神界的门口了——太空旅行,人工智能,生物科技,粒子物理,纳米技术和武器技术这些领域的发展都将对未来产生一系列不可想象的深远影响。

其中会有很多积极的发展可能实现人类永生,也会有更多可能毁灭物种的恐怖的末日景象,导致大规模灭绝,甚至结束所有的生命——什么都有可能,从大规模生化危机粒子对撞机灾难,从失控的纳米机器人连锁反应到意料之外的恶意超级人工智能再到失控的气候变化,再到我们更多基于当前的技术水平还想象不到的其他事情。

大多数今天讨论的好的或者坏的巨大影响事件最终并不会发生,但有些很有可能发生——尤其随着科技继续进步——事实是,我们在有生之年真的能够见证几次堪比生命由海洋到陆地这样影响巨大的事件。或许我们不仅正处在人类成为多行星物种这一伟大进步的前夕,我们可能也正处在另外几大人类进步的前夕。

还有其他现象也显示出这是一个非比寻常的时代:

  • 人类历史中99.8%的时间,世界人口都不足10亿。但在最近0.2%的历史时期,世界人口突破了10,20,30,40,50,60和70亿几个大关。
  • 直到25年前,地球上还从未有过这样一个全球化的大脑,拥有无所不知的信息渠道和连接。现在我们有互联网。
  • 人类历史的前99800年中几乎没怎么使用能源,而在过去200年间,我们突然奔入化石燃料时代,大量消耗地下储存的碳能源,即使没想明白这样做意味着什么。
  • 在过去1000个世纪中的999个世纪,人类都是徒步行走或者骑马出行。而到了这个世纪,我们开车,乘飞机,甚至登上了月球。
  • 如果外星生物真的在寻找宇宙中其他生命的话,这个世纪会比之前任何世纪都更容易找到我们,因为人类向太空发射了数以百万计的信号。
  • 自从动物生命存在以来,平均每隔100百万年发生一次大规模灭绝事件,按这个时间算来,我们可能刚好在酝酿第六次。

如果我们退一步看看这些情况,就应该看明白现在发生的所有事都不正常。当前人类拥有的力量地球上其他任何生命都不曾拥有,而且极有可能的是,十亿年之后,一个历史专业的外星人撰写学期论文研究地球上的生命史,我们现在所处的时期——无论最终结果如何——都会成为这篇论文的重要部分。

这也正是为什么Zurple和Quignee现在这么深陷其中。他们看着手机,收到IntelligenceWatch App的一条新的告警信息:

143-Snoogie星球上的生命已达到神界。

Zurple和Quignee不是在等小行星撞击,或者太阳陨灭,或者近距离的超新星爆发——他们是想看接下来的一百年会发生什么。这才是他们的赌局。当一个星球上的生命达到高等智力,通常就意味着他们离自己不成功便成仁的时刻也就几十万年了。他们的进步会越来越快直到最终到达神界,同时他们也会积聚力量,要么得到永生,要么意外灭亡——全在于哪一个先发生。

这就是为什么IntelligenceWatch的第一条告警消息说这里的生命达到了“致命的智力水平”——因为拉远时间镜头来看,获得最初的智力是胚胎阶段,只有到达神界才能决定这个物种会遭受流产还是会成为永存的新生智慧物种。那些到达神界的物种,不可避免地进入接踵而至的一片混乱,然后莫名其妙地从另一边活着出来,就算“通关”了,正式晋升为宇宙中成熟,永生,智慧的物种。

Zurple和Quignee因为他们的赌约已经认识143-Snoogie星球一段时间了,但是任何到达神界的银河系生命都意义非凡,并且极具观赏性,所以最近,143-Snoogie就成了Uvuvuwu整个星球都在留意的新闻,每个人都在追着这个故事,想看看143-Snoogie上面的生命到底能不能通关。

哪怕有很小的概率我所讲的是正确的,我们真的已经达到了进步的临界点,拥有无所不能的新力量,无人知晓并且无法预计任何后果——而且我们使用起这种力量来真的是太业余了。。。

那么现在不正是备份硬盘的绝佳时机吗?

你只需要站在Quignee的立场——想象你在反对某个遥远的物种。你手上有大笔钱,你真的希望他们灭绝。如果那个物种成为了多行星物种,你得多么恼火?人类征服火星是Quignee最不希望发生的事情。诚然,即使物种在多个行星生存,还是有一些灾难可能会消灭他们,但是如果所有的鸡蛋都放在同一个篮子里,那物种灭绝就太容易了——而备份硬盘将大大减小他的胜算。

同时,桌子对面,Zurple紧紧盯着屏幕,口中念念有词,“加油加油加~~~油。”他的屏幕锁定在加利福尼亚州霍索恩的一栋工业化风格的建筑上——那里是SpaceX公司总部。


Musk不是唯一一个想着火星的人。

Stephen Hawking曾说:

我认为除非人类扩张到太空,否则接下来的几千年人类将无法存活下去……我们的生存面临着很多威胁,核战争,灾难性的全球变暖,计划性基因病害;未来,随着新科技发展,误入歧途的方式也日新月异,威胁还会更多……如果我们要有一个长远的未来,那就需要拓宽视野到地球以外,扩张到太空,到其他恒星,这样地球上的灾难才不会成为人类的终结……一旦我们扩张到了太空,建立了独立的殖民地,我们的未来就是安全的。

普林斯顿J. Richard Gott教授:

1970年所有人都预测到现在为止火星上会有人类了,但是我们没有把握住时机。我们应该尽快来做这件事,因为征服其他世界是减少我们的损失,同时提高人类物种存活概率的最好机会。等到我们身处绝境再后悔没有征服火星,就为时晚矣。

NASA官员Michael Griffin:

长期来讲单行星物种将无法存活下去……如果人类想要生存几十或者几百万年,最终我们一定要移民到其他行星……有一天,在地球之外生活的人类会超过在地球之上生活的人类。

科幻小说家Larry Niven文可能说得最好:

恐龙因为没有太空项目已经灭绝了。如果我们也因为没有太空项目而最终灭绝,那我们就是活该!

最让Musk担心的是费米悖论。我们从未见到过任何外星生物存在的证据,这太古怪了,不得不让他怀疑,宇宙中曾有“很多已经灭亡的单行星文化”。他警告说,“如果生命确实千载难遇,我们最好尽快实现多行星存活,如果文明岌岌可危,那我们一定要竭尽全力去大幅提高我们微弱的存活率。”

那是2001年一个朋友问Musk在Paypal之后他有什么打算时,Musk的想法。Musk回忆那次谈话:“我对他说,其实,我一直对太空很感兴趣,可又觉得作为一个个人并没有什么可以做的。但是,我接着说,似乎毫无疑问我们要将人类送上火星。说着说着我开始奇怪为什么我们还没开始送。后来我去查NASA网站看究竟什么时候可以去火星。”

然而当他浏览网站时,震惊地发现……什么都没有。自从70年代初NASA的预算第一次被缩减之后,因为争取不到资金,去火星的计划就被一推再推。现在,根本就没有计划了。

所以Musk决定出手相助——他要在火星上种一棵植物。这个计划——被称作火星绿洲——给火星送去一个小型的自动温室,这是对火星的一项慈善使命。自动温室会用一只手臂铲起火星的土壤,种下一粒种子,等到植物长成,温室就发回Musk称之为“用钱砸出来”的——一张照片,红色的外星背景中一株茁壮的绿色植物,并且是火星上(已知)的第一个生命。

这个想法其实是,通过这个哗众取宠的表演,再次唤醒人们对太空旅行的激情,激励一批青少年投身航空航天事业——最终,Musk希望,这件事能够重燃公众兴趣,增加NASA的预算。Musk当时相信——现在也还相信——0.25%的美国GDP,或者大约1%的预算,应当用于太空探索。他说得很清楚,他并不是建议回到60年代4%的预算的好日子——只是比现在多点,现在是低于0.5%。“只要1%,”他说,“我们就可以给人类生命买个保险。”

随着PayPal卖给eBay的时间越来越近,Musk的日子过得很轻松,他纠集了一帮太空人事和他一起搞火星绿洲计划。他们需要一个火箭来做这件事,Musk可以用一部分他在PayPal的盈利去买一艘。当时美国最便宜的火箭也要6500万美元,但是在俄罗斯一个二手的火箭价格只是这个数字的零头——启程去俄罗斯。Musk去跟人家商谈购买三个翻新的洲际弹道导弹。三个导弹马斯克最多愿意付2000万美元,但是俄罗斯想要更多。他空着手走了。

就在那时候他下决心——要自己做。

不是植物的那个项目——而是一个大项目。

他花了几个月,如饥似渴地阅读关于火箭技术以及如何自己制造火箭,相信是可以做到的。

他可以将一百万人送往火星上。

如何移民火星

人类很习惯线性关系,但往往会忽视从A到B这种线性关系背后的复杂过程。比如下面这个:从 A) 「我不敢相信我的闹钟刚关掉」 到 B) 「现在我正坐着工作」。再比如,从 A) 「我的房子下个月就到期了,我要找新房」,到 B) 「现在我已经搬到一个新公寓甚至所有的东西都已挂在墙上。」

再或者这个:从 A) 「我想要让一百万人去火星」到 B) 「现在有一百万人在火星上」——这似乎比上面的从 A 到 B 更难。

但 Elon Musk 就是要雄心勃勃地实现这个过程。

Musk 的「A 到 B」计划开始以来,我已经和他交流过六次,大部分的讨论都集中在如何实现目标这个层面上。按照 Musk 的计划,他只需要两件事情就能实现从「A 到 B」的神奇转化!这两件事是:

1) 有这想法

2) 找出办法

这看起来并不是什么多么高深的办法。因为一直以来,古今中外的智者们都会这样教导我们:「有志者事竟成。」事实上,人类四十年前已经登上了月球,之后的十五年里,电脑已经从遥不可及的「奢侈品」成为人人都能买得起的普通产品,所以看起来去火星也是完全可行的,除非是人类缺乏意志。

但 Musk 不这么认为。人类还缺乏一种前往火星的经济实惠的方式,现有方案里的预算都是天文数字,并且还没有办法让人类长期驻扎火星。这也正是 Musk 不满的地方,尤其是他把美国看作一个「探险者」的国度,能体现「人类探索的精神」。Musk 认为,昂贵的价钱阻碍了人类登陆火星的意愿。

Musk 的这个理由让我想到很多。比如,如果有人告诉我,曼哈顿附近一个带大阳台的复式公寓已经降价95%,我可能会第一时间冲过去把这个房子租下来。不过对我而言,这个房子除了价格之外,并没有真正吸引我的理由,我甚至都不敢想象能有这样的事情。当我有机会在浴缸里俯瞰整个纽约城时,我能感觉到那是一种十分有「逼格」的行为。的确,我有这样的愿望,但我没有足够的资金。

Musk 认为火星的情况也是这样。相比于所谓「有志者事竟成」,他似乎更相信「如果你建造好了,他们就会来。」

具体来说,Musk 认为,到火星的「航班」成本将由乘客们共同承担,这和地球上的交通问题没有本质差异。关键就是把车票价格大幅降低,使得每一百万人中会有一人可以买一张。或者就像 Musk 所言:

「必须有很多愿意前往火星并且有能力支付的人,如果这个群体掏的钱能凑够供养火星的经费,那么就抓住了解决问题(人类殖民火星)的关键。」

就像这样:

但问题是,现在情况更像是这样的:

Musk认为,想要去火星的人(右侧的黄色区域)会随着火星计划变得可行而不断增多,真正具有挑战性的是左侧的蓝色区域。也就是说,太空旅行价格过于昂贵将成为主要制约因素。Musk将其作为从「A到B」的关键。

所以,从2002年开始,Musk探索得更深了:「我组建了一支团队,并且让他们连续几个周六开展关于制造更高效火箭的可行性研究,研究的结果表明并没有什么可阻止我们。」他有些激动地表示,「火箭技术从上世纪六十年代起就没有过什么本质的提高——事实上甚至还是倒退了!」

不过先醒醒,考虑一下现实。如果你确定颠覆太空旅行的成本对于人类至关重要,你的第一反应肯定不是“太棒了!我就要这么干!”而是会想“我根本不知道该怎么去做。”为了理解 Musk 做这事时的逻辑,让我们先尝试考虑考虑其中的难题及其解决之道:

问:我如何才能颠覆太空航行的成本结构?

答:通过几十年的技术革新,上百次的反复试验和试错,以及上千位聪明的工程师参与其中。这话说起来简单,但里面颇有文章。 这是因为:

问:研发的资金要应当从什么鬼地方来?如果政府有兴趣资助的话,他们自己早就那样做了。而且,没有哪家慈善机构会为一个将持续30年还不一定成功的巨型工程捐助数百亿美元。

答:你可以让在研发的同时开展商业化,把它变成可盈利的太空运输服务。为了测试新技术,你需要大量的发射任务。而政府和企业会愿意花钱用你的火箭来发射卫星、货物和宇航员。一石二鸟。

问:但是你要怎么知道如何将一些东西发射进太空?

答:你不知道。在别人采用你的火箭前,你必须要从零学起,并且要花费几年的时间,构建基础的知识架构和产品架构,并且证明你有能力成功发射。

问:如果前期没有客户,那研发经费将由谁来出?

答:你自己啊,谁让你是创始人。

问:我怎么弄到钱?

答:你联合创立过 Paypal 并把它卖掉了。

这就是2001年Musk脑海中的一系列想法,这些想法同时也造就了 SpaceX 的商业计划。

SpaceX 从成立到现在已经历经了十三年,让我们一起回顾一下其现有的成就,并对未来进行展望。

阶段一:搞定如何进入太空

主角:猎鹰1号

目标:在 Musk 花光钱之前把火箭送上太空

第一阶段远在 SpaceX 成立之前就已经开始了。那是2001年年中,当时Musk还在PayPal工作。在慎重考虑并决定踏入航空领域之后,Musk和所有想成为一流的火箭科学家的人一样,花了将近一年的时间自学阅读各种相关资料。

他读了很多这样这样这样、还有那样的书,并且记住了这些枯燥的内容。火箭专家Jim Cantrell在那段时间里遇见了他,并曾和他一起去俄罗斯(未成行), 他回忆道:「Musk可以一字不差的引用那些书里的概念,他已然成为了一个材料方面的专家。」

为了扩展自己的阅读,Musk还请教了大量专家。Cantrell把Musk称为「迄今为止最聪明的工作伙伴」。他表示:「Musk 几乎把我同事里愿意为他出谋划策的火箭和飞船专家都招到了新公司,简直就像要把这些专家的经验吸干。」

就当 Musk 越来越认真地开始把打造太空设备作为自己下一个目标时,他的朋友们不禁都担心起来。这看起来并不难理解。试想一下,如果你的朋友卖掉了互联网公司获取了巨额资金,并告诉你他为了人类需要一个多星球的居住环境这一目标,将倾尽全部资产成为第一个成功建造太空公司的企业家,或许你也觉得他要疯掉了。当时,Musk 的一个朋友为了劝他放弃这个疯狂的项目,把所有火箭发射失败爆炸的例子都收集起来放在了他的面前。

但 Musk 就是一个怪咖,并且一如既往的执着。在给自己整理完了一个完整的知识体系后,他觉得是时候开始召集人马了。当我问询他的生意经时,他打量了我一下,然后说:「我并不知道什么是做生意。所有的公司都是一群人为了一个新产品或者新的服务而聚在一起。并没有什么生意的说法,我觉得就是追求一个目标,一群人一起为一个目标奋斗。」

所以,他开始集结一批他所能找到的最有智慧的人在一起,然后SpaceX就诞生了。

在全明星的核心领导层中,包括著名的火箭专家 Tom Mueller。以下是 SpaceX 早期招人的某些理念:

不招混蛋。Musk说,如果你讨厌你的同事或者老板,你肯定不会想来工作或者在这里长期呆下去。

招聘(和升职)全凭借于自身的才能,并不看所谓的经验。Musk已经表示他并不在乎你是硕士、本科甚至高中学位,仅仅关注自身的才能、个性以及对于SpaceX计划的热情。我曾和SpaceX 公司负责运输工程的副总裁Mark Juncosa见过面,他给我的印象出乎意外。看起来他就是个随意的加州男孩,就像我那些吃喝打诨的朋友一样,并不像一个顶尖火箭科学家。他告诉我,他曾经是一个非常槽糕的学生。直到他开始在一个汽车俱乐部的竞速赛车部门打工后,才发现自己找到了让自己疯狂的东西。事实证明他在这个方面也很有天赋,毕业后由其他人推荐,并最终被Musk录取。Juncosa在公司很快地成长起来,现在他才30出头,但已经独立负责公司的一个主要部门,并带领一支由上百个富有经验的员工组成的团队。

诸如此类的故事屡见不鲜,也从一个侧面反映出SpaceX不拘一格任人唯贤。我还曾见过Zach Dunn,SpaceX公司现任发射项目的高级总监,他看上去就像12岁。Dunn告诉我,几年前他作为实习生加入了SpaceX。早期他原以为Musk应该不认识他,但令他惊讶的是,Musk不仅知道他是谁,还认为他是一名实力强大的工程师,这一点使Dunn意识到Musk对公司的每个人都了如指掌。几年后,Dunn带领100多人的工程团队负责了发射项目。

在SpaceX,Musk亲自面试每个人,包括门卫,听起来简直像个怪人。SpaceX创办的前8年,这一规则几乎未曾打破,直到公司雇佣了1000名雇员。我们通过Musk的传记得知,「每名雇员在面见Musk前都会收到通知,被告知接下来会接受一段30秒到15分钟不等的面试。刚开始面试时,Musk很有可能在写邮件或者忙工作,说话不多。别感到恐慌,这是很正常的现象。最后,他会转过椅子来朝向你,尽管如此,他可能也不会与你有眼神接触或完全正视你的存在。也不必为此感到恐慌,这也是正常的。等到适当的时机,他会与你交流的。」

SpaceX与Musk的另一家公司特斯拉很类似,垂直一体化程度相当之高。这意味着,相比将火箭制造过程中的大部分工作外包给第三方供应商,SpaceX几乎自主生产了所有要件,保持元件的所有权并控制绝大所数供应链。这在航空工业中非比寻常,正如Ashlee Vance 解释的那样,「SpaceX是一座神殿,致力于它认为在火箭制造竞赛中的主要武器——内部生产。SpaceX的火箭80%-90%几乎由他们自己制造,包括引擎、电子元件及…设计主板和电路、用于感测振动的传感器、飞行计算机和太阳能电池板。」传统的企业家如安德鲁·卡内基和亨利·福特,都是产业链垂直整合的拥趸者,今天的苹果在很多方面也是如此。而如今大多数公司避免大规模的产业垂直整合,但对于质控怪人,如Musk和乔布斯来说,这是他们唯一的选择。

这一过程的许多阶段都被纳入了SpaceX体系之下,此外,他们也都在一栋楼里工作,就像特斯拉那样——坐在计算机前的工程师要么被安排坐在户外的地板上看着设计和制造过程,要么坐在全玻璃的办公室中,周身就能看到组装过程。

当小组成长成部门时,Musk仍以不同寻常的方式密切关注几乎每一个流程。有些领导者被称为「微观管理者」(指管理者细致入微的管理),在Musk的公司,他对事务参与的程度可称之为「纳米管理者」。

Musk什么都知道

几乎每个和我聊过的在特斯拉和SpaceX工作的人,都强调Musk在他们领域钻研之深广,包括汽车电池、汽车设计、电动汽车、火箭结构、火箭引擎,火箭电子( 「航空电子」 )或航天工程。他之所以能涉及如此多的领域,源于他把物理学和工程学的基础认知进行了树状结构的梳理和结合,以及他天才级过目不忘的能力。

正是这种难以置信的的专业素养,使得他能维持对公司发生的所有事情的异同寻常的控制力。有关SpaceX的火箭,Musk说,「我对我的火箭了如指掌。我可以和你聊表皮材料的热处理回火,哪里发生了变化,为什么我们会选择这个材料、焊接技术……直至每个小小的细节。」

我问SpaceX的软件工程的副总裁Jinnah Hosain有关Musk的「纳米管理」,他说:

「每个初入SpaceX的人最吃惊的,就是公司提出的『纳米管理』, 你的感受就是,好吧,他把握每一个细节,这很酷,但是你并不真正理解。作为SpaceX的CEO ,Musk深不可测,他能记住所有提供给他的信息,他可以深入并长期钻研任何一件事,他也时常这么做。他以极高的责任心为公司进行很低层次的决策和方向指导,我不认为其他任何公司有人能够做到这样。一个人成为众多事情的关键决策点,对我而言这简直不可思议,他能在大脑中储存所有信息并及时按需提取——这是必需的——以做出正确的决策。」

好的,现在是2002年代中期, 这个疯狂的想法开始提上日程。有一个明确的任务,一个团队,一个仿佛拥有神一样能力的CEO。下一步——一枚火箭。

在我们开始讨论SpaceX的第一艘火箭之前, 让我们先理清楚这层逻辑:

几乎所有航天发射的目的都在于把一些东西送往太空。 你所谈论的这个东西叫做有效载荷。有效载荷可以是一个卫星,一些货物,一些人,一只猴子——任何东西。

为了在去太空的艰苦旅程中幸存下来,有效载荷有时被放置在一个被称为整流罩的保护壳里。其他时候,当它在太空时,甚至有可能需要把有效载荷带回地球时,有效载荷需要被操纵、引导和停靠。在这种情况下,有效载荷将会被放置在航天器内携回,对九岁儿童来说,也就是「宇宙飞船」

然后接下来就是火箭,发射火箭是主要的大事,它只有一个工作内容:携带有效载荷及其容器向上穿过大气层,并把它送入太空。火箭的大部分是一个大的燃料箱,在火箭底部是一个或多个极其强大的钟形引擎。这些构造提供了巨大的力或者推力——把数吨的载荷向上推,穿过地球大气层。有时一个火箭是由多个被称为「多级火箭」的小火箭组成的。哦, 对了,如果有效载荷是一个武器,那么我刚刚所描述的一切将成为导弹。

最后,宇宙飞船不是真的飞船。「宇宙飞船」只是一个让四岁小孩对生活充满向往的用语,仅此而已。

阿波罗登月计划使用了一个叫做土星5号的巨大火箭。土星5号重达3000吨,大约相当于7架波音747飞机的重量,并且高达35层楼。

土星5号就像一个俄罗斯套娃,一层层地变得越来越小。下图展示了它的组成部分:

航天飞机,由于其只执行在近地轨道飞行的简单的工作,与火箭有着完全不一样的结构原理。

跟一枚大的多级火箭相反,航天飞机用2枚火箭(也称之为固体火箭助推器)来支撑升空的重要部分和有效载荷——人员以及设备,因此他们真的看来像一个典型的宇宙飞船。当火箭剥离主体时, 航天器采用来自于橙色(我们也不知道为什么是橙色)的大燃料箱里的燃料来支持余下的行进。通常,归来的航天器一般通过使用降落伞降落在海洋,但是航天飞机则不同,它更高级——像普通飞机一样降落在飞行跑道上。

当SpaceX造第一支火箭时,他们没有尝试去制造有史以来体积最大酷到没朋友的玩意。相反,他们制造了一种带有训练轮的火箭,小而简易,Musk称其为猎鹰1号(falcon 1,以《星球大战》中的Millennium 猎鹰命名)。它有21米高,分为两级,底部有一个超级强大的引擎——梅林引擎,这是SpaceX自己的发明。

尽管在大小和容量上很保守,猎鹰1号却凝结着许多前卫的新科技。团队的初衷是在费用比所有之前更低的情况下把小型容载量的火箭送上太空。在这里,Musk考虑的并不仅仅是降低去往火星的费用,更多的是他认为目前太空旅行的唯一面貌应该得到一个更有意义的改观。便利性和舒适性还是始终如一。在可靠性上,也不需要更多的改进了。所以剩下的可以真正通过科技进步来改善的关键参考指标就是费用。

Musk列举了两个费用仍然这么高的原因。

1) 仅有的几家航空航天方面的公司都是规模巨大的,这些大公司都憎恶风险。他说:「他们相当拒绝承受风险。每个人都保护自己只求苟安于世,躲避风险和责任。即使新科技已经足够好,但他们仍然使用一些遗留下来的零部件,经常是60年代研发的…(很多)使用60年代俄罗斯制造的火箭引擎。别误会,我的意思是他们不仅仅是采用60年代的设计,他们根本就是直接使用60年代制造的火箭引擎,把它们从茫茫西伯利亚打包运过来。」

2) 垂直整合不够。我们提到过SpaceX的垂直整合以及对它的全权控制使得Musk可以掌握SpaceX的发展动态,而且他认为垂直结构对于降低费用很关键。他指责其他的企业并没有这么做:「有一个趋势是大的航空航天公司喜欢外包出所有的事情…他们外包给次承包商,承包商又外包给次承包商,层层下去。你需要往下查找四五层才能知道究竟谁在做有用的事情——切割金属,修整原子能。以上提到的每一层都会从中获取利润——费用因此翻了五番。」

没有历史久远的大公司的那些包袱,SpaceX的老员工Max Vozoff认为「SpaceX得以在一张「白纸」上从头开始设计和研发猎鹰1号」。而且你可以理解马Musk为什么会有这种思维倾向:「火箭由什么组成?航空航天级铝合金,加一些钛,铜还有碳纤维。这些材料在商品市场上是什么价格?事实上,这些材料的价格大约仅仅是它标准化(为了应用在火箭上)价格的2%——这对于一个大型机械制造产品来说是很疯狂的利润率…所以我认为,考虑到这些材料的成本,我们应该有能力制造更便宜的火箭。」

这听起来很伟大——但它不是一家有着正常预算和正常发展时间表的正常公司,是一个理智的投资者不会去触碰的风险事业,公司得以生存下去大部分是靠Musk的个人银行账户。2006年的时候,Musk决定对汽车行业发起一场革命,他把在PayPal 上7千万的财富给了Tesla,留出1亿给SpaceX。Musk表示,这可以支持「3到4次发射」。SpaceX尝试证明它值得消费者花钱。消费者花钱就是希望SpaceX可以把他们有效载荷内的物品送上太空轨道,这就是SpaceX需要做的——成功把一些物品运往太空轨道,向这个世界宣告他们真的做到了。

所以这个游戏很简单——要么在3或者4次尝试以内把有效载荷内的物品送上轨道,要么这个公司就完蛋。在那段时间,许多私人公司尝试过把一些物品送上轨道(看看列表上那些缺乏可操作性的公司),只有一家成功了(Orbital Sciences)。

想要明白这件事为何如此之难,首先我们要明白什么是轨道。

那什么是轨道?

直觉上我们会认为把一个物体放在轨道里面临的挑战是很难让它进入轨道。就像直觉上会认为在国际太空站的宇航员是漂浮着的,因为太空没有重力。是时候别再相信你的直觉了。

现在让我们回顾下高中学过的知识。以下公式是我们在计算万有引力时所用到的:

G代表重力系数,一个不那么招人喜欢的数字,我们可以暂时忽略它。

m1和m2是分别代表两个相互作用的物体的质量。 引力并不是单向的,因此公式中有两个物体——代表他们正用相等的力量互相吸引。就拿你和地球来说,你的重量就是你与地球之间的引力,一个相同的力量同时作用在你还有地球上。两个物体的质量是公式的分子,这说明当它们增加,引力就会成比例的增加。如果我把你的质量增大一倍,那么你的重量也会相应增加一倍。如果我保持你的质量不变但是将地球的质量增加一倍,同样的,你的重量也跟着增加一倍,如果我将你的质量和地球的质量都增加一倍,那么你的重量就会变成之前的四倍。后面我们将不会再讨论到和质量这个值有关的问题。

我们关注的是d²这部分。d代表两个物体间的距离——更详细地说就是两个实体质心间的距离。以地球为例,地球的质量分布是非常均衡的,所以质心就是地球的中心点。地球的半径是3,959英里(6371千米),当你站在地球表面想要算出此时你受到的引力时,d的值就是上述的地球半径值。由于d是分母,因此当d变大时,引力会减小。

来进一步描绘我们讨论的问题,假如我把地球缩小到只剩目前的一千三百万之一,也就是说直径一米。

如果我们将地球推远半米(现在地球半径是半米),以获得双倍的d(距离),那么d²将变成4倍,这时引力和你的重量都会变成之前你在地球表面时的四分之一。如果推远到一米——这是你和地球之间就能放一个同样大小的地球——此时d增加三倍,引力就会是之前的九分之一。

那么国际空间站(ISS)应该在哪儿呢?

ISS位于离地表205英里到255英里的太空里,如果用我们上述这个一米的地球举例的话,它位于地球表面2-3厘米或1英寸多点的位置。如果地球表面贴着一个乒乓球,那么ISS(和其他很多卫星)就会被吸进去。(通常,被称为太空高度的起点是在卡门线,即向上62英里(100公里)的地方。就我们这个一米地球来讲就是在距离表面7.8毫米的地方——大概有根铅笔的宽度。飞机飞行在0.84毫米的位置,大概一粒沙子那么大)

那么近地轨道附近的引力又是如何呢,比如像国际空间站这种地方?

假如取中间值,ISS处于230英里的位置,那么比在地球表面的情况下,d(距离)只多了5.8%,也就是说他们所受到的重力只比在地球表面减少了10%

所以ISS的宇航员们几乎感觉不到这样的重力差别,更别提他们会飘着。

因为他们处在自由落体的状态。

我曾经有机会坐过一个飞行员驾驶的一架小飞机,当然这个飞行员才不关心以上的理论推演以及种种结论。他飞到4000英尺高,然后迅速降到2000英尺的高度。在突降前,他交给我一支笔,叫我放在手上。降落的整个过程,尽管我是吓得半死,但我还是看到那支笔在我眼前盘旋,然后漂浮到一边,又紧接着突然掉在我怀里,当飞机到达2000英尺的高度时,笔又和我处于同一稳定状态。这就是在ISS里每天上演的场景。

原因是这样的:想像一下你正站在比地球更小更光滑的星球上面的一座悬崖上,那里没有大气层,你把一颗棒球尽可能远地投出去。

它着地前的运动路线是这样的:

如果棒球联盟的专业投球手尝试一下,球的路径或许是这样的:

那如果这个球是从一个大炮发射出去的呢?或许它的飞得更远。

在球落地之前,它们的飞行轨迹是曲线。如果不是地面在那里阻挡,它们的路径将连成某种长长的椭圆。为简化起见,我们把球的每个路径都画成圆形:

如果是个射程更远的大炮,球的路线是这样的:

看起来没什么特别,但是注意下这个弧度的曲线和地球的形状是吻合的。所以最后情况是这样子的:

球会围绕着地球转一圈并飞回到大炮的背面。如果没有阻碍,球就会一直按这样的曲线一直「往下掉」,但永远不会掉到地上。因为这个球的飞行曲线曲率和地球的曲率是完全吻合的。地球一个劲地离开那个球,而球则是一个劲地要往地上掉。这样,你就成功让球进入轨道了。

如果你有表面光滑的任意大小星球,且没有大气层,理论上你可以把任何物体放入这个轨道。但是地球有着厚厚的大气层(表面有着高低起伏的山脉),无论你如何努力地从地球表面发射一个 球,大气层都会把它的飞行速度降下来,让它的飞行曲线的半径越来越小,直到它掉出那个轨道,落到地球表面。这就是为什么我们要把物体放入远离地球表面的轨道上,只有大气层足够稀薄,物体速度才不会受影响。没有摩擦力的干扰,牛顿的惯性定律就会开始奏效,那么这个物体就会永远围绕着地球,一直绕下去。

为了进入到这个轨道,物体必须以非常高的速度飞行。当然也不能太快。为什么?因为飞得太快的话,物体飞行的曲线所对应的圆的半径会越来越大,当半径大于地球的半径的时候,下图的情况就会发生:

这就是为什么人们会说达到「轨道速度」才能停留在轨道上,而达到「逃逸速度」就能成功摆脱地球引力,飞向太空。逃逸速度意味着物体飞行的速度曲线曲率要大于地球的曲率。

那么距离地球230英里远的ISS所需要的轨道速度是多少呢?17150英里/小时(27600千米/小时)。或者说每秒4.76英里/7.66千米。这就是这个高度的物体刚刚好的轨道速度。

到底是多快?想像一下如果你把一个球从沙滩扔向大海,球呼啸而出,穿过地平线,在半秒左右的时间它就没了踪影。ISS正是以这样的速度,每九十分钟绕地球一圈。(当然,因为速度是相对的,ISS里的宇航员完全感觉不到他们在移动,这就像你在飞机上感觉不到自己在飞一个道理。

回到SpaceX公司。如上文所述, SpaceX公司面临的挑战是从根本上实现将有效载荷「扔」入轨道这一难题就说得通了。人们一般会认为火箭是向上升空的,但实际上它更像是一个将某物狠狠地向旁边投掷出去的动作,这也就是为什么火箭的轨迹是像这样的:

这就像我们上面的例子,火箭表现得就像是一个巨人在投掷某一有效载荷:

不像在现实世界中使用一只胳膊和一只手,火箭公司需要用一个七层楼高、40吨重的金属高塔来将有效载荷发射出地球,并且它需要在一个适当的高度适当的速度下弹射出一台精密机器 。

使事情变得更加困难的问题是:这一投掷动作开始于如糖浆般稠密而且充满不确定性(即天气状况)的海平面大气层。这就像你的手浸在几英尺的水下然后试图做出精准的投球动作。SpaceX车辆工程部门的主管Mark Juncosa,描述了指引火箭穿过大气层的挑战在于:「火箭就像是湿面条,而你正试图把它推入太空。它会相当剧烈地震颤,你甚至无法只通过测量火箭上任意一个点的轨迹来推测其运行轨道——你必须测量好几个点。」

然而在实际的运作过程中,因为有如此大的作用力——火箭的重量、速度、厚厚的大气层——甚至一个微小的设备故障都能立即摧毁整个任务。问题在于,直到火箭真正发射之前你都无法真正准确可靠地测试这些设备的稳定性。

SpaceX 经历了一段非常艰辛的过程才学会这一切的。

2006年:第一次发射——失败

2007年:第二次发射——失败

2008年:第三次发射——失败

创业维艰。

这些失败都是由一些微小的事物造成的。具体而言,一个被腐蚀的螺母在压力的作用下无法保持稳定、火箭中液体的晃动程度超出预期、以及在逐级分离的过程中第一级引擎晚了几秒才关停。你可以准确做到99.9%的事,可是这最后0.1%的失误导致火箭爆炸,成为灾难性的失败。航空技术很有难度。

每一个发射火箭的政府或公司——每一个——都曾经历过失败,这是必经之路。通常情况下,你只是深呼吸一口气,卷起袖子,找出什么地方出了错,然后继续进行下一次的发射。但是SpaceX有着自身的特殊情况——公司的资金只能进行 「三或四次的发射」,而在经历了三次失败之后,他们唯一剩下的就是这或许存在的第四次。它被安排在距第三次发射失败之后不到两个月的时间内。并且这是最后的一次机会。

Musk一个朋友,Adeo Ressi,描述了当时的情况:「所有的资源都投入到了这次发射中…如果成功了,这将成为史诗级的胜利。如果失败了—— 如果哪怕一件事出现问题从而失败了——这将成为史诗级的挫败。没有丝毫回旋的余地,外界也没有了多余的信任。他已经失败了三次。这一切本该结束了。我们正在谈论的是哈佛商学院的研究案例——一个富有的家伙开始做发射火箭的生意,然而却失去了一切。」

但在2008年9月28日,SpaceX公司进行了第四次的发射——并且成功了!他们将试验用的有效载荷顺利无阻地送入轨道,成为仅有的第二家实现这一技术的私营企业。

猎鹰1号也是迄今为止发射的最具性价比的火箭,计价790万美元,它的成本低于当时美国可供选择的最佳替代方案的三分之一。

NASA注意到了,第四次发射的成功足以向他们证明SpaceX公司是值得信赖的,在2008年底,NASA联系了Musk,并告之他们打算提供给SpaceX一个为国际空间站进行12次货物运送的价值16亿美元的合同。

Musk投入的钱成功完成了它们的使命。 SpaceX公司现在不仅拥有了客户并且有着相当美好的前景。

阶段二:变革太空航行的成本

主角:猎鹰9号,龙飞船,重型猎鹰

目标:把火星旅程的成本降至每人50万美元

如今,许多人都听说过SpaceX。不过,鲜有人了解它到底是干什么的。

它是干这个的:商业运输太空物资。

这就是它真正在做的事情:一台试着解决大问题的——太空之旅的成本——创新机器,因为这是人类迈入多行星勘察文明的关键一环。它通过替人家向太空发射东西来赚钱养活自己。

我们后面会讲到如何做的问题。现在,先看一下商业运输太空物资到底是咋回事儿。

猎鹰9号

2008年,猎鹰9号发射成功吸引了大量新客户前来登记使用SpaceX价格低廉的太空运输服务。SpaceX是时候造一台自己的哈雷了。来,先跟猎鹰9号打个招呼。

先跑题吐槽一个事实——猎鹰9号是世界上最大的小弟弟状雕塑。公司员工已经学会忍受这个职业生涯挥中挥之不去却又不能提及的事实。

回归正题,猎鹰9号也是世界上最先进的火箭,相比猎鹰1号,9号有了巨大改进。火箭体型巨大——224英尺高,相当于三个猎鹰1号,与20层建筑一样高,占地四分之三个足球场。猎鹰1号最多只能搭载1吨物资,而猎鹰9号能够搭载13吨。无论从哪方面看,猎鹰9号都让公司跻身成熟玩家的行列。

研究火箭会让人对火箭「排泄物」都产生崇拜之情。火箭不仅需要难以置信的坚硬——1000吨的家伙,满腹爆炸材料以极快的速度上升穿越强飓风——其设计也要精确到毫米,因为火箭要搭载不坚固的东西,比如计算机电路板,纤弱的卫星还有大活人。标准制造技术并不总是为此类特殊物件「量体裁衣」,公司给我展示了猎鹰9号各种奇形怪状的部件,它们不得不通过3D设计并打印出来,因为实在没有别的方法能够立刻生产出这样的部件。

然而,这些都不是问题。所以,咱也不用过多理会。

火箭第一级

火箭第一级承担着非常重要的三分钟任务——在脱离、坠入海里之前,爆炸力助推第二级以及有效载荷升至海拔100公里的高空。

和猎鹰9号的绝大多数部件一样,第一级也是由SpaceX位于加州的总部研制(这里有一个组装过程的动画视频)。

第一级几乎全是巨大液体罐,分为两个关键部分:一个巨大的液态氧罐,旁边是一个火箭使用级别的煤油罐。火箭上升速度极快,很快达到空气稀薄的层面,这时会因无法吸取氧气而停止工作。因此,火箭必须自己携带氧气。在 -297.3 F (-183 C),氧气会呈液态,此时密度是气态氧的1000倍——所以,可以尽情打包。液态氧和煤油混合作为推动燃料。

火箭引擎如何工作

或许有些奇怪,这家伙的汽车公司不用原油做燃料,而火箭公司每次发射时却要烧上成千上万吨化石燃料。Musk已经说过未来所有交通工具都会是电动的,除了火箭。

原因在于牛顿第三定律:每个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力

Newton’s third law is why a deflating balloon will move in the opposite direction that it’s shooting air out, why a gun jolts backward when it shoots, and why this incompetent man’s canoe goes away from the dock when he runs toward it:

When you think about propelling a vehicle, think about this same idea.

驱动交通工具的方法之一就是使用推动器。它的工作原理是通过朝着一个方向推动空气,反作用力会推动运输工具朝另一个方向前进,有点像朝墙蹬一下腿或者用手推一下墙壁。问题是,太空没有空气供推动器使用,在太空使用推动器就像站在离墙很远的地方,无论做啥推动动作,根本不会有任何力量反推动自己。即使大气层较高处会有些空气,如果太稀薄,仍然无法产生足够大的反作用力。

还有一个方法,如果给太空中的气球放气,气球就会快速往后退——在地球上也会发生这种情况——因为此时的推力并非来自气球外部的空气(就像推动器一样),而是由于气球内部的气压比气球外部高出很多,压差将气球里的空气排出。实际上,如果我们在太空中漂浮并带着充满空气的气球,只要慢慢给气球放气,你就能朝着相反的方向漂移——此时的气球就扮演着引擎的角色。

猎鹰9号底部的引擎就像是更加强劲的紧缩中的气球。爆炸产生了极高的温度和压力,使得爆炸气体快速膨胀填充周围的低压空间。如果一个空间区域的中心发生爆炸,它会迅速向四周膨胀开来,如果不限制爆炸时的膨胀方向的话……

火箭的引擎通过制造爆炸实现相同功能——不过,引擎就像气球一样,它会将力量导入一个方向。其他去路被堵反而增加了动力。

这也是火箭引擎能在真空中工作的原因。它们并不需要外部物质,比如空气,来向下推动——而是靠热气体物质。 Musk肯定乐意找到更好的燃料替代化石燃料,不过,他没有把握我们可以找得到这样的能源。我问过他这个问题,他的回答是,「用电力驱动火箭,这个发现可以获好几座诺贝尔奖啦。」

梅林引擎

猎鹰1号采用了SpaceX研发的一款超级强劲发动机梅林8

一台梅林引擎的推力超过73吨——比如,能够举起73吨的重物——这意味着,如果你把40辆车叠加在这部引擎上,它能在三分钟内将这40部汽车送至太空。它是世界上最高效、强劲的引擎之一。火箭发动机领域的一个重要统计数字是推力重量比——发动机能够举起自身重量多少倍的物体。梅林发动机体重超过半吨,最高推力超过80吨,它的推重比就是165:1,足以碾压其他所有的发动机。这是梅林点火测试:

多么刺激。

现在,想象一下9个这样的引擎一起运作。这就是猎鹰9号发射时的装备——名字源于9个梅林引擎,作八边形网状排列。

9个梅林引擎一共产生650吨的推力,足够将360辆小轿车送入太空(这么多辆轿车叠加起来的高度相当于世贸中心),每秒燃烧540加仑(2044升)燃料——一分钟不到,即可蓄满一个游泳池。所有发动机的最终使命都是推升火箭及其携带的燃料,重量合计550吨,不过,我们在火箭顶部再加一个相当大的有效载荷。

火箭第二级

发射后三分钟,火箭的第一级会与第二级分离。

第一级返回地球,该是第二级火箭大放异彩的时候了。第二级火箭是第一级的迷你版,绝大部分装的是燃料。不过,没有使用9个梅林引擎,只安装了一个特殊版本的梅林引擎,用以在真空环境中运行,同时增加了钟状延伸部分增加推力。这个时候之所以不用那么多引擎的原因有二:首先,没有那么厚的大气;其次,分离后,火箭体重越来越轻;最后,火箭已经飞地很快了,大部分工作已经完成。

第二级的工作完成时间在几分钟或数小时之间不等。引擎可以开关,有方向操作。它的任务就是精确地将有效载荷送至确切地点并达到需求速度。一旦完成任务,即与有效载荷分离并坠落。

说起有效载荷,猎鹰9号可以分为两类,以有效载荷的类型为标准,这是第一类:

这种猎鹰9号搭载着人造卫星。头部隆起部分是两片保护性蛤壳状物质,叫整流罩,看起来和立体卫浴的大小差不多,实际上有校车那么大。

一旦第二级运行达到一定的速度(通常是子弹速度的4倍),整流罩的两个壳状部分就会分离开来并坠入大气层燃尽。

第二种火箭顶部设计是这样的:

顶部明显呈三角状的火箭正搭载着龙飞船。

龙飞船

SUV大小的龙飞船是SpaceX的宇宙飞船,主要用于太空货物运输,或许将来还会搭乘人类。2008年,NASA与SpaceX签订合同,龙飞船将要完成12个ISS的物资运输任务。如上图所示,圆锥状部是龙飞船的密封舱,也是唯一返回地面的部分。柱状部分是非密封箱,能够承载额外货物和夹载住太阳能板。这两个部分加起来能承载大约六吨的货物。

那些小洞是龙飞船采用的迷你推进器,用来在太空中行动,底部是一个防热罩,用以保护火箭返回地球时遭到损坏。

猎鹰9号开始服役了

当这些新装备还在研发中时,猎鹰1号已经在2009年夏天完成了它的第五次、也是最后一次的发射,为马来西亚政府发送一颗人造卫星,大马政府也是SpaceX第一个付费用户,这也是公司第二次发射成功的案例。不过,孕育中的猎鹰9号更加高大英俊,公司不再需要猎鹰1号了,老人家退休了。

Falcon 1 had made its five launches from a tiny Pacific island called Kwajalein Atoll. But having joined the big boys club with Falcon 9, SpaceX took out leases at America’s prime time launch pads—Vandenberg Air Force Base in California (for launches to the south) and legendary Cape Canaveral in Florida (for launches to the east).

2010年,第一艘猎鹰9号来到发射台,当时高速公路上的司机都在问:「那是个什么鬼?」

试射成功了。

然后,公司开始做一些人们认为商业公司无法做到的事情。

将宇宙飞船送入太空很难——不过,把它还带回来,难上加难。从码头跳入海中,不会有什么糟糕的事情发生(除非海水刺骨冰凉)——但是,如果从一座桥上纵身跃入海中,你会死翘翘吗?如果唯一的区别就是身体入水时的流速呢?地球大气层也是一个道理。

你现在感觉不到大气,因为你的速度很低。如果你失心疯似的前后来回摆动手臂,你就能感觉到大气了。乘快艇加快速度,你会迅速感觉到大气击面。但是,速度并不仅仅与你有关,还和你的速度与大气速度的相对值有关。在车速为每小时50英里时,将手伸出窗外,此时的感觉与停车将手伸到每小时50英里的风中是差不多的。因此,当轨道上的物体——之前已经证明过运行速度为每小时1,7000英里(每小时27,300公里) ——完成任务返回地球时,如同体验着每小时1,7000英里的飓风。我们官方的飓风「水平」从1级(每小时74-95英里)到5级(起始值为每小时155英里),每小时风力每增加20英里,就上升一个级别。每小时17000英里相当于身处842级飓风当中。

飓风让我们恐惧的地方是它的力量。不过三位数级别的飓风,会让我们有大麻烦。飞船在高空大气中的行进速度很猛烈,太空舱前面的空气会因为没有足够时间「让路」而变得超级压缩而且相当炙热。低处大气较浓的地方,飞船必须处理 强大的大气热阻力。火箭无法处理这个问题——这也是它们化作流星陨落原因。建造一艘飞船需要掌握很多梦幻般的技术。

到2010年,只有五个国家的政府成功向太空发射过宇宙飞船并成功回收。猎鹰9号的第二次发射将龙飞船送入地球轨道,在此次测试飞行中,龙飞船在绕地球轨道运行两周后高速闯过842级飓风,安全降落于预定海域,SpaceX成为世界上第一家回收轨道飞船的公司、也是世界上第六个实现这一创举的机构。

猎鹰9号的第三次发射再次创造了历史,是为NASA进行的一次试飞,龙飞船成为第一个与ISS建立联系的商业宇宙飞船。

SpaceX 公司自己制作的充满高潮的庆祝视频

猎鹰9号不是玩票。Vance写到,「猎鹰1号从瓜贾林点火发射是一家创业企业的业绩,但是,猎鹰9号从古登堡发射成功却是一个航天大国才能做到的事情。」计划中的三次试发射完成后,NASA开始使用龙飞船为ISS完成官方的补给任务。

If you’re curious what a launch is actually like, here’s a video of mission CRS-6, an ISS resupply mission that launched out of Cape Canaveral on April 14, 2015:

Things to note:

  • The plumes of white smoke coming out of the rocket before launch is oxygen from the liquid oxygen tank in the rocket as some of it escapes as gas.
  • About five seconds before liftoff, a deluge system called “Niagara” starts flooding the launch site with water. The purpose of this is to muffle the deafening sound of the engines, because otherwise, the sound waves would be so powerful that they’d actually damage the rocket.
  • The engines start firing a couple seconds before liftoff. What’s happening is that huge clamps are holding the rocket down as the engines fire so a computer can quickly test them to make sure they’re all working. If they are, the clamps release at T-0 and the rocket takes off.
  • Timing is critical down to the second. Even one second off schedule will mess up the rendezvous with the ISS.
  • Launches are hectic.
  • Over the first three minutes, the bright orange stream of delicious fire coming out of the rocket becomes increasingly spread out, icky-looking, and gray. This is because as the altitude increases, atmospheric oxygen thins out, and combustion has a harder and harder time taking place outside the rocket.
  • The first stage separates at 3:26.
  • After stage separation, the big black bell you’re looking at is the second stage’s sole Merlin engine. You can’t see any fire coming out of the engine because combustion is impossible at that altitude so it immediately stops after leaving the engine.
  • Nothing much happens for the next seven minutes.
  • At 11:09, the rocket is sufficiently in orbit and the second stage separates.
  • Most of the rest of the video is a view of the now on-its-own Dragon taken by a camera on the second stage.
  • In the last 25 seconds of the video, you can see the Dragon’s solar panels unfold.

在猎鹰1号进行了5次发射、猎鹰9号进行了3次发射( 大都属于测试和demo)以后,SpaceX 准备好开始它的太空投递服务了。猎鹰9号的第四次发射和第一次官方ISS再补给任务是 15 次连续成功投递(6次是为NASA服务的龙飞船任务,9次是为其他顾客服务的卫星任务)中的第一次,让我们回到2015年5月,那时我写下了这面这句话,却意外地给整个公司带来厄运:

自从前三次发射失败后,SpaceX已经又发射了20次——都成功了。

在连续20次发射都成功后,Musk发声:「火箭发射正常,卫星也在进入轨道。但我仍然如此紧张。期待某天能感觉正常。」

然后——就在接下来的发射中——这事发生了:

发射失败是很恐怖的一件事,即使是无载人发射。难怪SpaceX 副总裁 Mark Juncosa会 告诉我,每次发射的那天都总是令人持续感到痛苦的焦虑。 这种感觉就像是在美国职棒总决赛的第7场第9局,投手掷出关键一球,但扔出去的球却要在几个月后才能达到本垒,投手和队友们只能回家在电视前等着棒球到达击球手的那一时刻。

但是,毁灭性的失败是你参加这个太空游戏的一部分。在猎鹰1号第三次令人泄气的失败后,Musk给他的手下写信:「我们或许应该注意这样一个现象:那些发射成功的公司也经历过这样的艰难时期。我一个朋友提醒我,飞马号的前9次发射,只有5次成功;阿里安号5次发射,3次成功;阿特拉斯号20次发射,9次成功;俄罗斯联合号21次发射,9次成功;质子号18次发射,9次成功。 SpaceX也在此列,无论有什么困难,我们都将继续下去。」这个观念让他们能够正确看待SpaceX在2015年6月的那次失败,同时这也提醒着它们,前24次发射中有20次成本是多么令人印象深刻的壮举。

发射失败的好处在于,它能准确的帮你发现弱点。这次失败的罪魁祸首是一根 2英尺长、1英寸厚的钢筋——火箭里有上百根这样的钢筋——它本应该承重5吨力,然而有一根被折断了。从此刻起,SpaceX将分别测试放入火箭里的每一根钢筋。我们从上面的动图可以看出,龙飞船脱离轨道时毫发无损(在屏幕顶端,刚开始的时候,火球包裹中),如果有软件能够较早展开降落伞,那飞龙号里的内件就可以幸免于难。从现在起,龙飞船会配备这套软件。

这带给我们如今的景象。

在这样一个满是中间商漫天要价以及设备成熟度达几十年的行业里,SpaceX对内部供应链和尖端技术牢牢把控,这使得他们成为全世界太空投递业报价最便宜的公司。多年来,美国政府依赖于两大航空航天公司——波音和洛克希德马丁,以及他们的合资企业联合发射同盟(United Launch Alliance,以下简称ULA)——负责国内的太空发射。ULA每次太空发射都向政府(实际上是美国的纳税人)收费3.8亿美元。而同样的太空发射,美国政府只需付给SpaceX 1.3亿美元。如果是其他客户,他们没有NASA那些特别要求的话,则SpaceX的每次发射只需收取6,000万美元。

这是令人难以置信的优惠,因此,自然会有一大批顾客排队等着他们的服务——他们当前已经积压了50个发射计划,总价值超过50亿美元。他们竭尽所能的增加产量,短期目标是一年制造出40架猎鹰9号。 Musk相信,几年内SpaceX的发射成本将降到行业平均水平的十分之一,并且将接管全球商业太空发射的大多数业务。

这不只是对SpaceX,对美国来说,也是个大买卖。

美国因为波音而成为两个(另一个是欧洲的Airbus)主要飞机制造国之一,但是基于一些原因,美国在全球太空发射领域中并不出彩——而欧洲、俄国和中国占主导地位。ULA是美国太空发射的主要厂商,但它的大多数业务都是来自于美国政府,而其硬件设备中最昂贵的部分——引擎则需从俄罗斯进口。SpaceX全球业务激增,而且几乎所有设备都是国产,这正在使美国再次成为太空发射领域的大玩家。

愤怒的巨人

虽然SpaceX对美国人和太空旅行的未来而言是一个极大的进步,但并不是每个人都乐意看到这样的局面。

我们曾深入研究了究竟是什么隐藏在汽车业和石油/天然气行业之下,结果发现完全是一片狼藉。是人类压根儿没有意识到这一点、太容易被骗了吗?当不透明的行业和政府有着「特殊」关系时,当行业准入壁垒把黑马排除在竞争之外时,就会出现这种情况吧?特斯拉在某种程度上揭穿了这一切,迫使这一臃肿、幸福和温顺(指这个行业已经被巨头驯化的很温顺,他们可以毫无压力的靠垄断赚钱,所以很幸福。——译者注)的行业产生了革新。这些行业的巨头是多么渴望马斯克能够消失啊!

这个研究结果几乎可以直接照搬到太空行业上,我差点把它直接复制粘贴到这里。

太空发射行业就像是小乡镇里那几家数得过来的汽车维修店,所有的收费都比真实需要的收费多了10倍,原因在于,A) 客户对维修工序毫无头绪,也不知道应该花费多少;B) 所有竞争对手都会过度收费,也就没有升级设备、提高效率、降低花费的动力了。SpaceX有点像是这个小乡镇上的闯入者,它开了一家新的汽车维修店,想出了更新更好的方式来修理汽车,工作得比其他任何人更努力,但同样的服务只收取别家费用的几分之一。这几乎毁了这个镇上其他汽车维修店的所有生意。

2014年,欧洲的阿丽亚娜太空公司(Arianespace)向欧洲政府索取额外补贴来应对来自于SpaceX的竞争,这是一家在全球太空发射行业中占有重要地位的公司。现在,猎鹰9号飞往地球同步转移轨道(GTO,这是最高的卫星轨道)的费用比中国历史上最便宜的长征系列运载火箭还要少1,500万美元。而对于太空发射市场的另一巨头俄罗斯,马斯克这样说道:「我的家人生怕那些俄罗斯人会暗杀我。」

世界各地的太空发射客户都在关注SpaceX在干什么,再回头看看他们自己的太空发射公司,不禁自问:「等等!为什么我花了那么多钱?」

当我问马斯克如何看待所有行业巨头都想用钢琴砸他头这件事时,他说:「满屋子都是脚趾,很难避免踩到某人的脚上。」而在所有这些被SpaceX踩到脚的公司中,受伤最严重的就是ULA(United Launch Alliance,联合发射联盟)。

ULA就是个混蛋

ULA是波音和洛克希德•马丁的合资企业,其太空发射的收费比其他任何公司都高。但这根本没关系,因为ULA不需要跟太空发射市场中其余任何一家公司竞争——因为它得到了持续稳定的、来自于美国军方的生意。以下是其工作流程:

1) 美国军方需要向太空发射许多东西,所以产生了大量商业需求。

2) 由于军方设备与国家安全密不可分,所以美国想要通过美国本土公司来完成这些太空发射任务。

3) 由于太空发射就像汽车修理一样,对公众和政客都是不公开的,因此,没人知道ULA的发射标价比它实际上所需的高很多。

4) ULA与政府合作的原则是「成本加成定价法(cost plus basis)」。也就是说,不管一次发射花费多少钱,ULA得到的报酬都比成本高出固定的比例,这使得他们倾向于花费更多,而不是削减成本。

5) 由于美国军事航天预算很多,因此有足够的钱分配给他们。

6) 最令人发指的是,很多美国国防部的决策者和ULA领导层私交甚笃,ULA又是国防部官方退休后的一个好去处。所以,国防部很可能对ULA睁一只眼闭一只眼,懒得对它怎样花钱进行审计。

以上这些加在一起,即使是最好的情况,也是一个有瑕疵的系统。这种体系不会给企业任何压力来促使他们想方设法缩减成本。而最坏的情况是,还会爆发一次大规模的政府丑闻——因为花的所有钱都是来自于美国纳税人。

你知道像ULA和国防部这样内部勾结的混蛋最不想要的是什么吗?就是一家像SpaceX这样的公司。SpaceX成功赢得了NASA的很多业务,但为了获得一份军方发射合同,公司需要特殊的认证。奇怪的是,SpaceX在获得认证的过程中有一段相当艰难的时期。2014年,在了解到法律规定获取军方发射合同必须经过公平竞争后,马斯克将这件事捅到了国会上。他提出控告说:「SpaceX不是寻求获得这些军方发射的合同。我们只是寻求竞争的权利。」

但他受到了无数阻力。尽管证据清楚表明,每磅有效载荷的收费上,ULA的价格是SpaceX的6倍,但是,像阿拉巴马州参议员理查德·谢尔比(Richard Shelby,他最大的捐赠者就来自航空航天行业)的政客们却认为这是个国家安全问题——真是奇怪的推理,想想吧,ULA在俄罗斯购买发动机和其他部分,把大笔的钱让俄罗斯赚去了,SpaceX却在美国本土做生意,到底谁在危害国家安全?在几个月前的一次采访中,马斯克对此大发牢骚:「ULA甚至害怕一场不公平的竞争。他们不想要公平的竞争,他们甚至不想要不公平的竞争,他们压根就不想要有任何竞争……他们害怕我们拿走这轻松赚大钱的机会,这本该是他们独占的。」

SpaceX在去年取得了一些进展,获得了少量的军方发射任务,但只有很少一部分——对SpaceX来说,与ULA的竞争会是场持久战。我问马斯克和ULA竞争的难度,他回应说:「那些可不是泛泛之辈,这可是复杂的军方行业。你知道在电影是如何描写他们的穷凶极恶的吧?对,没错,就像那些家伙。」

更炫酷的太空

SpaceX的盈利模式将会在今后几年中不断发展成熟。现在我们将几个最酷炫的产品 罗列如下:

1) 重型猎鹰

还记得前面我讲过,9个梅林引擎组合起来,可以将堆得有世贸中心那么高的360辆汽车送上云霄吗?重型猎鹰 与猎鹰9号火箭几乎无异,其区别仅在于猎鹰9号仅含有一个一级推进器,而猎鹰重型火箭有三个。

因为有27台梅林引擎,猎鹰重型火箭的引擎平台得能够举起2000顿的重量,相当于1100辆汽车(堆起来得有1.6千米高)。猎鹰重型火箭将于2016年进行首次发射,它的有效载荷比其他任意火箭的两倍还多,而每单位有效载荷的价格为史上最低(ULA每次的发射成本是它的三倍,而有效载荷却比它的一半还少)。如下是行业内最高负荷火箭的有效载荷对比。

2) 轨道卫星数翻两番

完全如是。几个月前,Musk宣布SpaceX将在西雅图开始卫星生产工程,并在2030年前向近地轨道投放4000颗互联网卫星(3倍于当前轨道卫星的数量)。他的初衷如下:

  • 提升科技水平以降低成本。以今天的科技水平来看,一颗卫星的造价大约是2500万美金,而其发射成本也差不多是这个数。这使得卫星发射的风险陡增,而风险厌恶型的公司都会倾向于使用陈旧但成熟的技术以确保每颗卫星在退役前至少可服役15年。结果是,如今为我们服务的大多数卫星都是1990年制造的,采用25年前的技术。SpaceX旨在厘清如何显著降低卫星制造成本,发挥其潜能以降低发射成本,并将最先进的卫星发送到轨道中,且能够频繁发射与更换。

  • 将互联网向全世界开放。我曾采访过SpaceX分管航空电子工程的高级副总裁Rajeev Badyal,他正好负责卫星项目。他解释了由4000颗太阳能供电卫星组成的星座计划,卫星间将智能协作,覆盖地球上的每一个角度,将互联网极速传递至迫切需要的地方。他还谈论了一些别的问题,诸如地球上享受优质互联网的地区实在少得可怜(仅有欧洲、美国、印度及东亚的部分区域等),这项计划将颠覆其他地区的上网方式,尤其是偏远地区。客户只需要一个仅有披萨盒大小、能随意安置在室外的接收器就可以享受最快的互联网体验,无论他在北极、太平洋、珠穆朗玛峰或其它地方。他还指出了卫星的其它用途,诸如将摄像头与卫星相链接以接收犯罪报告、实时Google地图、天气情况等等——你能想到的任何事。

  • 更多愤怒的大型企业。时代华纳有线电视及康卡斯特合并后形成了一个庞大、劣质的垄断型企业,这不正是Musk努力竞争的对手么?Musk在声明中提到,如果你受困于时代华纳有线电视或康卡斯特,SpaceX将向你提供一个抛弃它们的大好机会。(这深受大众爱戴。)

  • 有利可图。从销售卫星至发射卫星创造的营收,SpaceX有太多可以赚钱的地方了。

  • 解决火星上的互联网问题。过去,网线是解决联网的办法,而在未来,我们可能会去火星,那里没有网线,怎么办呢?Musk计划在今后将SpaceX制造的互联网卫星环绕火星运行,将高速互联网服务带到未来的火星侨居地上。

3) 载人太空旅行

2014年,与往常一样,美国及俄罗斯交恶。这一次,俄方认为倘若能将克里米亚收归俄罗斯治下将是一件非常带感的事情,而美方的回应则是制裁俄方的太空计划。俄罗斯副总理在其Twitter中写到:

在复盘了美方针对我方航空行业的制裁后,我建议美方用蹦床将他们的宇航员送到国际太空站。

说得太对了。

当曾经伟大的航空计划变得蹩脚以至于无法再将本国的宇航员送上太空时,结果就是这样。你必须依靠那些让你不爽的国家,这会令你陷入窘境。

中国是另一个能送人上太空的国家,而美国对中国的不爽更远甚于俄国,以致于中国宇航员被禁止在国际太空站的「酷小子俱乐部」旁遛弯。这就好比村里有三个实力不分伯仲的社会大哥,但很尴尬的是,其中两个大哥是有车一族,而没车的那位大哥每天得蹭车出去作威作福。对于这位没车大哥来说,真悲催。

不久后,Elon Musk发布了一条twitter:

看起来,现在是宣布龙飞船2号上市的最佳机会,该项目是SpaceX与NASA紧密合作的成果。我们再也不需要蹦蹦床了!

航天飞机计划已于2011年完结,一段美国没有能力进行载人太空飞行的时间开始了。下一代航天飞机式的全美太空计划将创新性的命名为「空间发射系统(Space Launch System)」,其中包含猎户座飞船,而这个计划的正式开始日期已延期至2021年。在2021年之前,美方不希望依靠俄方,因此,为了向太空送人,NASA同时面向私人承包商公开招标。最终,NASA将总额68亿美金的合同分包给了波音(合同金额为42亿美金)及SpaceX(合同金额为26亿美金)。

2014年5月,SpaceX发布了的第二个版本,即龙飞船2号。

第一代龙飞船很酷,它是唯一完好无缺回到地球的航天器,它还是世界上唯一能将货物运送至国际太空站的可操作航天器。但是,龙飞船2号更酷。

龙飞船2号能够在不依靠ISS机器臂的条件下实现货物的进出空间站

龙飞船2号内设座位及触摸屏(现如今的许多宇宙飞船设计于上世纪60年代,且像老式收音机那样配有按钮及握杆)

但是,引擎才是龙飞船2号最酷的地方。这艘宇宙飞船配有8个超功率的小型引擎,称作SuperDracos,其每一个小型引擎都能承载4辆车。 SuperDracos的设计别出心裁,利用3D打印技术完成全部制造过程,其火箭一级推动器也是采用这样的方式制造。下面,请欣赏一段引擎点火的视频。这实在太好看了。这是SuperDracos正在测试:

https://youtu.be/VP_kGlmOH9U

龙飞船2号的SuperDracos主要有3个用途:

1) 太空中的手动操作

2) 动力着陆(稍后将进行详述)

3) 假使出现问题时,直接弹出宇航员

第三点对于宇航员的安全十分重要。即便是最好的火箭有事也会出现事故,而且通常是灾难性的那种,正如SpaceX刚刚证明的那样。龙飞船2号的保全系统确保了飞船在爆炸前宇航人员仍可逃生。假若在发生两次太空灾难时的航太器具备这项功能,那么宇航员就会幸免于难。如下是龙飞船2号保全系统的运行测试试验,这也是我十分欣赏它的部分原因。

https://youtu.be/FRqLNdwsPBM

推出力量的大小很难通过视频来理解。那8个SuperDracos的动力如此强大,以致于就好比它们在2秒钟之内将龙飞船后移了半个足球场这么远,5秒之内跑完0.5公里。此外,在其他载人航天器具备保全能力前,它们仅仅在发射时具备弹出功能,而龙飞船2号的保全系统在进入轨道前一直都能够工作。

Musk还希望重新定义宇航员的概念。他认为,宇航员不应该成为唯一能进行太空旅行的人。他的设想是,普通人也可以乘上SpaceX的火箭,只需接受一点训练与技能后就可以进入太空,这也是今天我们训练飞机飞行员的方式。(这又让我想起在以前只有计算机专家才能使用计算机的情况,今天看起来当时的观念真的是太落后了。)在确定现在是2015年而不是1965年后,SpaceX宣布将重新制作有一套新的太空服。Musk明确指出新的太空服看起来要酷,不要再看起来像《超能陆战队》里的大白。

根据计划,SpaceX与波音的首次载人航空飞行将于2017年发射。但是目前,美国参议院却正在向NASA施加压力以逼迫它猛砍经费,这可能会将计划推迟至少2年。

这也是SpaceX的运作方式及盈利模式。货物运送业务达到了预期的效果,SpaceX具有不错的盈利性,也应该采取长期的稳妥发展。日前,Google及Fidelity的一笔投资,将SpaceX的公司估值定价为120亿美元。

但Musk表示,他最担心的是,SpaceX将断送于那些只在乎短期蝇头小利的人手上。因为正如我们在前面所阐述的,我们讨论的仅仅是SpaceX从事的是什么事业,而非SpaceX实际在做什么。

SpaceX实际在做的,就是自猎鹰1号研发过程中就已经发生的事。你能够利用猎鹰9号直接开始配送东西至空间站。这项惊人成就即是SpaceX的杰作。

然而,由于价格低廉,SpaceX将被视为渐进式改善,并非是颠覆性的变革者。

SpaceX实际在做的事情十分重要——他们正在从事创新,假使他们成功,将会显著减少火箭发射成本,且完全改写人类在太空的未来,使得移民到其他星球变得可行。

颠覆航天业

还记得这张图吗?

Musk预计,把通往火星的车票定位50万美元可以为火星运送一百万人。他认为,50万不过是加州一栋中档房屋的价格,他补充道:「由于更多的人居住在更富裕的国家,他们完全可以支付这些钱完成一次火星旅行。」

你知道这意味着什么吗?1989年,当老布什提议将美国宇航员送到火星上的时候,NASA预估的费用是4500亿美金。当时的预算是运送4到6个宇航员,预计每人的花费是1000亿美元。

简单算一下,NASA的预算只相当于Musk计划的20万倍。

2004的时候,小布什再次考虑了将美国人送到火星的成本。NASA给出的预算是500亿美元,每个座位需要100亿美元,仍然要比现在Musk的计划高出2万倍。

那么,你怎样才能把价格降低2万倍呢?

这需要从两个角度来展开 Musk 的计划。

1) 运送更多人

猎鹰火箭家族目前是SpaceX的赚钱利器,但无论是猎鹰火箭还是龙飞船将来都不会做为运送人类到火星的工具。

首先,龙飞船仅相当于汽车中的SUV,去一趟火星最少需要三个月,因此并不是一个好工具。

其次,如果你想一站到底开到火星,你得用大车一次捎上很多人。

这也是为什么SpaceX还有一个更长期的火箭计划,一个能让猎鹰9号看起来仅相当于热狗的火箭——

火星殖民运输船(Mars Colonial Transporter, MCT)

MCT火箭的体型将十分巨大,动力也比现在SpaceX的动力引擎Raptor更强大,其太空舱至少可以承载100个人。

所以,如果SpaceX能做到这些,SpaceX的成本至少可以降低到20倍。

现在我们需要考虑再降低1000倍的事情。

对SpaceX来说还有一件事情,尽管猎鹰火箭通过创新已经将发射成本降到全行业标准成本的五分之一,但Musk预计未来几年,猎鹰火箭发射成本降到全行业标准成本的十分之一。考虑到小布什的预算是基于行业标准费用,这一点可把成本降至100倍。

一个相对大一点的太空仓可以有效降低每个人通往火星的车票价钱,但这对目前商业化的火箭发射没有任何意义,也无法让更多的人有能力支付前往火星的机票,也无法解决Musk口中「太空探险的基础难题」。

那么,我一直在提的航天业内的颠覆性创新到底是什么呢?

2) 可重复使用

用一种截然不同的idea想象一下现在的航空工业:飞机只飞行一次。每一次飞行都是崭新的飞机,在完成飞行之后,乘客步出航站楼,飞机就分解成金属碎片以及可重复使用的部件,经返厂翻新后再用于新的飞机。

建造一架飞机大约需要花费3亿美金。在这种新模式中,除了支付全体乘务人员的时间成本以及燃料成本,航空公司还需要花费额外的3亿美元给每一次航班建设一架飞机。事情会发生怎么样的变化呢?

首先,会几乎没有可用的航班——日程受到飞机制造速度的限制。其次,芝加哥到圣弗朗西斯科的往返票价可能需要花费150万/人。为了经济!

空军一号仍然存在。发达国家会有少数的航空战队。部分政府可能会为了执行某些科学实验而进行飞行。有着百亿美元身家的人可能会飞的比较多,但只有10亿美元身家的人可能将无法承担。你呢?你可能会一辈子都没坐过飞机。

眼见这种情况,人们清楚断定没人愿意出门打飞的。政客们会反对将众多政府资金投入到这一昂贵的活动中。大部分人甚至不会完全了解飞机是如何工作的,他们也不会浪费任何时间来想象一下,如果每个人都能使用这些飞机,世界将会变成什么样。这根本构不成话题。我们会乘汽车、铁路、轮船来旅行,就是这样。

你能知道我接下来想表达什么吗?

历史上没有人——美国、苏联、ULA那些懒得要死的肥佬们都没有——搞定这个难题:如何重复使用火箭。花费了数月时间建造的火箭,然后送入太空,最终要不在大气中燃烧殆尽,要不坠入大海。不是说没有人试验过——美国和苏联都花费了几百亿美元来研究这一问题——但是没人搞定。

人们猜想,航天飞机系统或许「可重复使用」。但是,航天飞机系统有3个部分——航天飞机,这部分完全可以再利用;火箭,虽然技术上可以再利用,但是花费9个月的时间来翻新,没有任何实际价值;还有巨大的橙色气体罐,这部分几乎无法再利用,在发射后迅速转变成垃圾。结果就是,航天飞机的单次运输成本高达16亿美元(每个宇航员超过2亿美元),这太可笑了。

建造更大的飞行器,再加上SpaceX的成本节约革新,理论上说,事情有了转机,花费减少了2个数量级——5000万美元每人。这一花费假定每次飞行都必须建造新的MCT。

SpaceX第一个游戏是研究如何发射东西到轨道上去。现在他们在玩一个新的,更有难度的游戏——可重复使用。如果SpaceX能够创造出他们称之为「完全快速可重复使用火箭系统」的东西——只给发射留下燃料、维护和内部支持系统的费用,就像飞机一样——这将会使太空飞行减少100倍的花费。可能更多。

所以,你会怎么做?

首先,你需要找到一个更好的着陆方式。马斯克是这样描述火箭和宇宙飞船降落的三种方式的:

着陆方式1(最初级的):伞降至大海

这是今天几乎所有宇宙飞船都会采用的方式,如果它们能够完全着陆的话。

问题:降落伞在没有空气的地方,比如月球,无法工作;着陆在腐蚀性的盐水中会严重损坏设备;形象不佳(想象一下,一个外星人试图装的很吓人,结果降落伞着陆在了海洋上,然后不得不游到岸上)。

着陆方式2(中级):利用机翼和轮子着陆在跑道上

航天飞机的着陆方式即是如此。

问题:机翼在没有空气的地方比如月球上或者没有跑道的地方比如地球以外的任何地方无法工作;虽然该方法可用于太空舱,但用在火箭上难得多——完全再利用意味着太空舱和火箭均能安全着陆。

着陆方式3(高级):推进器着陆

推进器着陆意味着降落的方式与火箭发射的方式一样。阿波罗登月舱就是这样着陆到月球。

推进器着陆允许你将火箭或飞船平缓地着陆到着陆平台上,给设备带来的危害最小。

想象一架飞船完成一次推进加速器着陆比火箭这样着陆要简单,因为我们之前已经见过飞船这样做了。龙飞船2号被设计成着陆专家——龙飞船2号采用了超级龙飞船同样的引擎,在紧急情况下可以叫停,也被用来着陆,龙飞船能够在太阳系任何固态天体的任何形态的表面着陆,就跟直升机在地球上着陆一样简单。让火箭以这样的方式着陆更加难以想象,也更加难以实现。

以下是SpaceX对于猎鹰号和龙飞船可再利用的方面的愿景——非常值得一看:

https://youtu.be/sSF81yjVbJE

如果它有效,想法就是火箭和飞船能够着陆,被重填燃料,几小时后重返太空。再一次——就像飞机一样。

Juncosa向我解释,最重要的一步就是掌握如何将猎鹰号第一级着陆。这是最重要的:因为第一级的花费与一架大型喷气飞机相当,占用了火箭总花费的大头(特别是引擎)——如果他们在这一点上成功了,这将是巨大的一步进步。他们会向世界展示,包括目前非常怀疑的航空航天工业,重复使用确实是可能的。他们会画出一幅蓝图,其他的火箭制造商能根据这幅蓝图减少他们自己的花费——并开启太空旅行新纪元。

以下是如何着陆第一级的预想:

说到「燃烧」,意味着一个单一的主引擎点火了(中间的那个)。在发射时,由于重量是如此重要(几乎没有地方添加额外的重量,否则火箭就无法将有效负载送入太空),火箭需要足够的燃料来支持3次燃烧。第1次是用来阻止火箭的弹道(比如自然情况下的圆弧),并引导火箭朝向着陆区。第2次用来减速——从每小时3000英里降到每小时550英里(每小时885公里)——这样,它就不会在大气中烧起来。第3次是用在着陆平台正上方,使它减速到每小时5英里(每小时8公里)。

由于天气不断变化且无法预测,火箭里有很多软件来监测外部压力并调整轨迹。火箭有小的襟翼,叫做「网状尾翼」,打开并引导火箭(网状尾翼和着陆腿也会减缓火箭速度,将最终速度减少一半。)网状尾翼在大气中运作,但在太空中没有空气,网状尾翼就没用了,因此火箭用「冷气体推进器」引导发射——小型氮气喷射器,从火箭发射而出。

如果所有的一切按计划进行,大约发射九分钟后,火箭就会着陆在大海中漂浮的平台上,大概位于发射点200英里以外。

This is hard. If you scale down all the sizes, it’s like firing a pencil over the top of a skyscraper and trying to land it on a shoe box on the ground—on a windy day. SpaceX likens the challenge of controlling the descent through the atmosphere to “trying to balance a rubber broomstick on your hand in the middle of a wind storm.” Popular Mechanics calls it “a tense juggling act, where any one of thousands of moving parts can push the entire system into mayhem. If the rocket does land softly on the barge, it’s because millions of insanely detailed self-adjustments have kept the Falcon 9’s composure as it dove through chaos.”

To hone its skills, SpaceX created a first stage rocket they call Grasshopper. In 2012, they were able to launch Grasshopper to the height of a 12-story building, pause it there for a few seconds, and then bring it back down to the pad:

https://youtu.be/B4PEXLODw9c

在接下来的两年里,他们把「蚱蜢」发射得越,直到最后将真正的猎鹰9号第1级发射到空中1公里并让其返回平台。

最后,真正发射的时候到了。在2015年1月,SpaceX 进行了一次常规发射,第一级穿越了大气层并试图着落。这是当时的情况:

https://mtc.cdn.vine.co/r/videos/7871A0ADC41167912796068233216_3d8495cb6fe.1.5.2608855566538567322.mp4

接近了!这就是众人所谓的急速非预期拆解(a rapid unscheduled disassembly)。

他们本来打算在2月进行第二次试发射,但是由于天气原因取消了。4月他们有了第二次尝试的机会,然后发生了这个:

几乎快要成功了,但是火箭像个混蛋一样翻倒然后爆炸了。

第三次尝试原定于6月……但是我们都知道6月发生了什么。

如果你现在才碰巧看到这个,你应当得觉得自己很幸运,因为这还没发成功。你可以现在开始跟进,可以现场看看他们什么时候能第一次创造历史 (the best way I’ve found to stay oriented about the SpaceX launch schedule is on this Wikipedia page, and the best way to keep up with major developments and find the link to live launch webcasts is by following SpaceX on Twitter)。2015年应该会有更多的尝试。如果以史为鉴,一旦SpaceX成功一次,他们很可能会次次成功。

UPDATE: On December 21, 2015, SpaceX launched for the first time since the June ’15 failure. Not only did the mission go perfectly (to deliver 11 satellites to orbit), they landed the rocket successfully. They did it. I was lucky enough to be at SpaceX headquarters to watch it happen (I was guest co-hosting the webcast), and it was the most excited I’ve seen a room of 1,000+ people ever. Here’s the full webcast (launch happens at about 23:00 and landing excitement starts at about 31:00).

当我在为这篇文章做调研的时候,为了确认Musk对花50万美元买一张去火星的票这件事情是严肃的,我给他发了一封邮件陈述我对此事的看法。以下是他的回复:

是的,这些都是看起来荒谬的比例改进,然而并非没有可能。解决方案的关键要素是火箭可重复使用和低成本燃料(甲烷和氧气的比例O/F比约为3.8)。当然,可以在火星上制造返程推进燃料,火星上有着便于取用的二氧化碳大气层,土壤中冻着很多水。

设计目标是技术上每次飞行能承载一百多吨的有用货物,因此,可能搭载100多人。这取决于每个人以及可携带行李所需的支持质量(support mass)。

航空电子设备、传感器、通信器、火箭结构的方方面面、着陆场地和其他一些东西,会随着规模的提升,越来越好,加上在大型巡航舰上感觉比在公交车上有趣得多,我推测,每次飞行的100个人数限额会与时俱进,可能会达到数百人。同时,我们还能对头等舱收取更多的费用来进行补贴(subsidize the equivalent of economy)。

上面的所有条件和使得价格降至10万美元/吨或50万美元/人是可以想象的,因为旅行成本主要是推进燃料,燃料大部分是液态氧,只有40美元/吨(尽管我们需要很多燃料来承载有用的货物)。那真是太赞了!

消费得起的火星之旅,不超过10万美元。

让那些成为可能,是第二阶段的工作,SpaceX正在完成目标的途中——可能就在下一个十年里。一旦他们成功实现目标,他们将开始使命的最后阶段——这将改变一切。

阶段三:殖民火星

主角:火星殖民运输船

目标:送100万人登陆火星

今天,没有人讨论火星,也很少有人会把火星看成近期与我们有关的事情。但是,除非我遗漏了什么重要的事,或者发生了某些无法预知的事,那么,在未来的10年至20年里,人类一定会开始走向火星。你能在寿终正寝之前去趟火星。疯狂的事情就近在眼前。

这样的话题总会让人难以接受,因为每当你开始思考它,你大脑中就会有个声音回荡:「不,还是算了。」了解SpaceX正在做的事情以及他们这么做的原因,有助于帮助你从认为人类移民火星是荒诞的转变到从逻辑上接受这一想法,认为这迫在眉睫,并且很可能真的会发生。但是,这和相信它一定会发生之间还是有一段距离。当你在读这段话时,即使你相信你读到的每一个字,如果你立刻要与别人打赌20年内人类是否会移民火星,赌注是1000美金,你还是有很大的可能性会持反对意见,因为在内心深处,你的大脑并没有真正接受这件事。这很正常——你的大脑是基于经验的,经验告诉大脑,移民火星并不是人类会做的事情。

但是,我很肯定,在接下来的几十年里,出于很多原因,你的大脑一定会大吃一惊。如果你接受这种可能性,那么,请你试着接受这个标题为「第三阶段:殖民火星」的叙述是真实的,也是基于事实的。

从这里开始的一切都是基于Musk和该领域内其他人的猜测。以下是这些人对将要发生的事做出的最好预测:

在载人实验之前,将会有一个初步阶段,SpaceX会向火星派出无人飞行器。Musk告诉我,第一步将是「向火星派出一艘自动飞船,确保它能到达火星并返回地球」——这将在2020年前进行。接下来,将有若干次无人的货运任务,将各种设备、居住设施和供给送上去,这样,当第一批移民到达火星时,至少不会那么容易死掉——他们将需要水,一个可以居住的地方,还要有工具来从火星的物质中提取可供呼吸的氧气,以及改善火星土壤种植庄稼等等。

接下来,就准备大干一场了。某些人——可能是SpaceX,可能在十年内——将会向火星派出第一批人类成员。那些不到50岁的人常会懊恼自己没有经历1969年登月计划的热潮——现在你终于迎来了大好时机。未来火星版的尼尔·阿姆斯特朗,如今正生活在地球上的某个地方。现在并没有人知道他们是谁——他们自己可能都不知道——但是不久之后的未来,地球上的每个人都会传颂他们的名字。

这将是一件真正的大事。

继人类第一次踏上另一颗星球之后,这将成为人类所到达的最远疆域。

ISS距离地球表面约402公里。月球大约比ISS远1,000倍(384,000公里)。火星的情况就复杂多了。你可以把地球和火星想象成两个正在跑道上跑步的人。火星在外侧的跑道,地球在火星内侧的跑道,火星的跑道大概是地球跑道的2倍长。这两颗行星总是出现在「跑道」的不同位置,它俩之间总是相距甚远。但是,每隔26个月,地球就会和火星「重叠」,二者在跑道上擦肩而过——这个时候,正是地球和火星之间最适合来往的时候。

考虑到它们擦身而过时在各自轨道上的位置,它们之间的最近距离是5,500万公里,不可能再近了。而在其他时间,它们之间的距离会有1亿公里。

即使在最好的情况下,火星依然很遥远。为了进行比较,我们再用那个1米直径的地球来打比方。如果地球的直径是1米,那么ISS距离地面大约2.5厘米。月球大约30米远。而火星呢,根据时机的不同,距离在4公里到8公里之间,这和登月是完全不同的事情。如果从地球到月球相当于跨越英吉利海峡最窄的地方,那么,

还有一个看待这件事的方法,来看看1光秒有多远。

再想想火星,即使在它离地球最近的时候,光线也需要行走3分钟多。

下一次地球和火星「重叠」,排排坐的时候将是2016年——可由于时间太紧张,我们什么也做不了。但是,再下一次是2018年夏天,如果当时有一艘印着SpaceX标志的飞船降落在火星表面,可别惊讶哦。Musk给出了一个粗略的估计,那就是——2025年或2027年,火星版的尼尔·阿姆斯特朗将在火星的土地上迈出他那著名的一小步。

然而,和尼尔·阿姆斯特朗著名的第一步不同的是,火星上的第一步虽然也是人类的一个重大成就,但却算不上「人类的一大步」。因为,接下来要发生的一切,才是真正的「人类的一大步」。


所以,随着前往火星票价的大幅降低,第一批火星移民招募计划就像洪水打开了闸门。我们准备好移民吧!最大的问题将是:「谁将第一个花几十万美元买一段3个月的危险旅途,去到一个比极地还冷的地方?在那里,你根本无法呼吸,也没有灿烂的阳光洒在脸上。」

黄圈里是一件我们没有提到的事情。

我们如此努力地将价格降到可接受的范围,但是我们却忘了问一句:为什么Musk会认为有人愿意去火星?

Musk当然意识到了这个问题,并为右边那个黄圈里的问题做了很多思考。在一封电子邮件里,他说「坐游轮比坐公交车有趣多了,所以我猜,每船100人的数量可能会随着时间显著增长,也许会增长到几百人。」——这就是他在思考右边那个圆圈的观念。当他谈起要向所有火星居民免费提供返回地球服务的重要性时,这也是他对右边那个圆圈的思考。当SpaceX创作这样这样那样的海报时——这也是对右边那个圆圈的思考。

让我们把这个任务再简化一下:地球上的人类很快就突破80亿。在21世纪末预计会达到200亿人。为了在那时让100万人上火星,需要每2万人中选出一个加入该维恩表中。所以假设那些想要去火星的人将会被均匀地分散在社会经济阶层中,它会成为一个简单的公式:

当前往火星第一次成为生活中可选择的一个选项时,价格还没有低到50万美元每人,而几乎每个人都会被卖掉所有东西点火升空飞往另一个行星的前景给吓到——这两者的比例都很低。

但没关系,我们不需要100万人都在绿圈里才开始移民。因为美国就是这样演变来的。在1605年,有维恩图中绿色想法——「去新大陆殖民」的人也是非常少的。但还是有人非常乐意跑到詹姆斯镇和普利茅斯去定居,所以我们可以断定第一批上火星的人也抱有类似的想法。

没有人敢肯定登上火星的交通工具该如何运作,但可能是这样的东西:火星殖民运输车由两部分组成——大型提供动力的第一级和第二级,后者也会是太空飞船。第一级会将太空飞船发射进轨道,接下来返回地球(采用推进式着陆),重新装载燃料,经过一番维护后带着另一架飞船重返太空。这将会持续数周,直到地球和火星在轨道上处于彼此旁边。接下来SpaceX将会继续送上一罐燃料,来给轨道上的飞船重新添加燃料(这也像第二级火箭一样工作,所以要花费很多燃料让它自己进入轨道)。

等到行星到达合适的地方,会有一组MCT飞船——Musk将之称为「殖民舰队」——绕着地球飞行,填充燃料,并准备出发,就在恰当的时刻,舰队将会开拔前往火星。

3-6个月之后,飞船会到达火星,穿过大气层用推进式着陆。人们走出飞船,可能会受到已经在火星上的居民的热烈欢迎,随后在接下来几周里把所有物资卸下飞船。

大概两年后,当行星再次对齐,到达合适位置,恰好就在地球发射下一批殖民舰队的时候,两年前来到火星的那组飞船将会带着一些不喜欢在火星生活的人飞回地球。

3-6个月之后,飞船飞抵地球,推进式着陆,进行维护,这样它们能在两年后准备好再次前往火星。

循环往复。

最早的定居者任务艰巨,就像早期的移民者那样——他们必须建立起适居的环境并最终建立起第一个火星城市。考虑到这些,Musk猜想在早期,每一艘载人去火星的宇宙飞船都需要配备十艘飞船承载货物和补给。

一些必需品如下:

  • 能源。核能是有可能的,不过,Musk认为绝大部分能量应该是太阳能。在早期,翼板需要从地球携带,Musk有办法让它们变得可以折叠并且可以充气,这样就能卷起来(就像鼓风机)。
  • 氧气。需要能够制造氧气的植物。足够的造氧材料包括大气、二氧化碳以及地上水,因此,制造氧气不会是件难事。
  • 水。地球的极地有大量冰川,其他纬度地区也有冰和地下冰,我敢肯定,淡水这件事肯定会让人心烦意乱,不过,他们能制造一种管道系统将大量的液态水输入到火星定居地。
  • 食物。需要农民、植物学家、肥料和密封温室。
  • 室内。没有太空服,你无法在火星上外出,因为空气压力的缺乏会让你的血液沸腾,低温又会冻死你;没有大气和磁场防护,太阳辐射会像变态连环杀手那样剥下你的皮。我严重反对在地球上宅在室内,但在火星,室内才是生命开始的地方。头几十年,火星城市会建造在巨大的圆顶建筑之内。建造它们的同时,早期移民者还会建造更小的居住舱用来居住。圆顶建筑的其他室内部分会用来储物、建造建筑物、学校、医院以及人类 需要的其他东西。
  • 火箭燃料。以便飞船返回地球。MCT会使用甲烷作为燃料(很多原因,我不想解释,你们也不会想听的)。甲烷,也就是CH4,介于火星的CO2和H20之间,这是可行的。它们也会被用来作为火星车等交通工具的燃料。
  • 互联网。卫星会满足这项功能(SpaceX卫星很可能会是西雅图公司制造的),上网速度会非常快。
  • 其他显而易见的装备。用于通信、医疗、建设等方面。

这些精炼的名单的首要目的是让人类存活下来。但是,随着时间的迁移,更多的人类会移民来到火星,城市也会突飞猛进的发展起来,殖民者会开始建造那些能够过上体面生活的东西:饭馆、酒吧、电影院、体育设施等。

然后,有些事情开始萌芽。

最艰难的部分解决后,会有更多的人想去火星。

第一批返回飞船会载人归来,提醒地球上的每一个人不用必须购买单程票了,这样,更多的人会去火星。

回到地球的人会因为自己的勇气受到赞赏,一些火星上的人类会撰写有关自己生活体验的畅销书,还有人会拍摄电视节目,讲述早期殖民故事并在地球上变得家喻户晓——从而使更多的人想去火星。

地球上的人会看到火星人徒步奥林匹斯山和水手号峡谷的绚丽照片,照片上的山和峡谷远比地球上的任何对照物都要宏伟——更多的人觊觎火星。

人们会听到这样的故事:火星上,你能够跨过20英尺的悬崖而毫发无损,Youtube上如病毒般传播的视频让人看到了新型极限运动,这些运动只有在火星这个重力仅为地球38%的地方才能玩——更多的人打算移民火星。

如果你还在好奇这是不是一场短途旅行,Musk会解释说,「不是的,这是拿上所有积蓄、变卖所有家当的旅行,就像那些早期美国殖民者一样。」不过,他也指明了去往一个崭新大陆的激动与新奇——在地球上,几个世纪之前这种体验就已经停止了,「会有很多有趣的机会创造新的事物——从第一个披萨店到第一个铁矿石炼油厂到所有事物的第一次。这是那些想生活在创造一个新文明的人们最为之激动的事情。」

与此同时,随着渴望程度的不断提升,右边的圆圈不断变大,SpaceX继续创新,以26个月为周期让票价一次比一次低——左边的圆圈也开始变大。

当公司能向世人证明送人去火星是可行的商业良机,其他公司可能会与它竞争。Musk并不相信世界上的任何公司,除了SpaceX,能够立刻以非常严肃认真的方式解决问题(he doesn’t take Mars One seriously),但是,如果其他私人公司或者大型太空机构,比如ESA或者中国航天机构,出于自身利益加入进来,他认为这会有助于问题的解决。

一旦人类首次登陆火星,故事就会这样发展。随着地球—火星此后的每次同步,选择移民火星的人数将会增长——可能是指数级的。Musk认为,截止到2040年会建成一座繁荣的殖民火星城市。

那天之后,在未来的某个时候,当某一飞船抵达火星时,这个星球上的人数将首次达到100万。

我们已经在目标点B中谈到了。


Musk可能看不到我们到达目标点B了。他觉得完成这个目标至少需要40-50年舰队级别的火星移民。如果我们从2020年之后开始,到了2070年前后,Musk将是99岁高龄。然而他还是有望在高科技火星城短暂停留。他说他希望晚年能到火星去,然后再返回地球,又再次奔赴火星终老余生,而这些想法的基础是:「我得确定 SpaceX 离开我之后仍然能在它的轨道上平稳前进。」

比「殖民」火星更高的目标则是,Musk希望在他离世之前找到一个「即便切断地球供给,火星殖民地也可以正常运转的办法。」他说:「这样我们所参与的才不会是一场规模庞大的死星文明。”」他认为那个阈值是一百万人,可是谁又能知道呢?

如果有一天这个目标真的实现了, 我们才真正迈出了阿姆斯特朗说过的「人类的一大步」。人类的未来将会更加安全,在更加深远的时间维度繁衍生息,如同一块有了备份的硬盘。

是时候把美国众议院议员及金融服务委员会主席巴尼·弗兰克带回到文章。当你明白 SpaceX尝试把人送到火星背后的原因,它是不是让弗兰克(他把移民火星的计划看成是「纯粹的烧钱」)这样的政客看起来目光短浅?

当我听到政府说,「我们手上仍有很多地球上的问题需要处理,我们不要这么着急去kao lü火星的问题」——这听起来就像人们说:「等我有了足够的钱再去考虑我的健康问题。」地球上总是会有很多重要的问题需要去解决,但如果我们因为这里的紧要事情而不去应对在更大局面中的重要问题时,我们就会让自己面临巨大的生存危机。

去火星的其他原因

Musk希望我们去火星有两个主要原因,「备份硬盘」只是其中一个。另一个原因我会让Musk亲自告诉你。以下是从我和他在 SpaceX自助餐厅的第一次讨论中剪辑下来的一分钟语音

在这里,我们主要谈论了殖民火星的最初和长远原因——Musk称其为「一个防御性原因」。当谈到追逐火星的第二个原因时,马斯克称其为「人类历史上最伟大的探险」。具体来说,第二个原因不是关于人类长远的未来和命运,它是关于我们活着的每个人以及我们醉心于冒险活动中的行为方式,即使我们自身对去往火星没有兴趣,但毫无疑问这也将改变我们对这个世界以及生活的认识。

为了说明这一点的重要性,Musk引用了阿波罗宇宙飞船的使命:「活着并不只是为了解决问题。必须有事情在心中激励着你——会让你因为自己是人类的一份子而感到自豪。阿波罗工程就是这样的例子。尽管只有几个人去了月球——但是实际上我们每个人都去了月球。他们是代表我们大家去的。我们一起分享了那次探险。我想没有人会说那是一个坏主意,那不够伟大。我们需要更多那样的壮举——至少我们需要一些这样的壮举。」

太空常常让每个人都向往——这也是为什么上世纪70年代那么多儿童想成为宇航员。但是我成长于80年代和90年代,在这个时期,世界的目光已经转移回地球,探索太空变成了次要活动——我认识的人中没有谁想过成为一名宇航员。就像Ashlee Vance写到,「它(太空)看起来高深莫测,但余下的航天工业让探索太空变得枯燥无味。」

我经常羡慕生活在处于登月兴奋期的60年代末的那群人。当我想到《人类与太空的故事》时,20世纪60年代总是看起来像是处于平静和稳定的轨迹之间充满极度兴奋的侥幸的十年:

但是现在,我把登月更多地看作是一些更伟大事件的铺垫。我们没有意识到,也许人类正站在生物史上伟大跳跃的悬崖边上,登月也许后来会被看作是地球上生命的新纪元完全诞生前的子宫收缩。也许我们因为新纪元黎明的来临而真正地感觉到我们自身的存在。

当然,这是一个乐观的故事——在这里你期望听到的是SpaceX的主要本源是Elon Musk。这个故事还有许多其它不那么有趣的版本。也许去火星的车票只需50万美元完全没可能。也许Musk 这个计划太过于天真,也许火星会成为一个疯狂繁衍的生命地狱而最终堕落成一个无法无天的噩梦。没有人知道会怎么样。

这就像一个故事——你不会知道还没读完的那几页会发生什么。

但我的直觉告诉我,我们也许还只是《人类与太空的故事》的开头,离中间或者结局还很远。就好像我们正在「第一章:受限于地球」的结尾——也许会在非常后面的几页。随着故事向前发展,故事也许开始发生在比地球更广阔的空间,使得《人类与太空的故事》最终与《人类的故事》难以区分开。

后面的章节会发生什么是无法预测的,就像公元前2500年生活在美索不达米亚平原上的农民,他们无法预见到我们今天世界的样子。但SpaceX,这个世界上最雄心勃勃的公司之一,正担负着书写第二章的使命,而且会使整个故事朝着充满希望的方向进展(假设你把长久居住的人类物种看做是一个充满希望的概念)。在这篇文章的结尾让我们来想象如果他们成功了会发生什么。

SpaceX 的未来

思考SpaceX的未来从这个问题开始,「如果你把100万人送到了火星…接下来会发生什么?」以下是一些可能:

改造火星

鱼需要生活在海洋中。它们整个生命都以海洋中的生命为基础。如果你把一条鱼从海中捞出,几分钟后它就会死亡。

地球上的大气层就是人类的海洋。我们身体上的每个细胞只能在地球表面的特定条件中才能正常运转——我们站在火星表面的行为就像一条鱼被抓住,然后扔进船上的的桶里。

当你买了一条宠物鱼,你要在房间里布置一个鱼缸,创造一小片类似海洋的环境让鱼生活在其中。当我们最开始到达火星时,我们生活在「玻璃穹顶」中——也许是下图中这样。

我们的「玻璃穹顶」就是地球表面环境的一个小的缩影,它可以根据我们的喜好以及我们种植的食物的习性来调节气温、气压、氧气密度和太阳辐射。如果不是望向玻璃天花板时你看到外面红色的天空以及你跳起来时会蹦得非常高,你也许会忘了你其实不在地球。

如果只是短暂的计划,一个「玻璃穹顶」可以足够运转良好。但是在火星上生活不是一个短暂的行为——我们要的是可以在火星上繁衍生息上千年。这也是为什么Musk把火星称为「一颗需要修缮的行星。」

所以殖民火星的下一个挑战将会更加艰难——我们必须把火星变成我们的家。

对此我们有一个特定的词——地球化。地球化一个行星意味着把它的环境改造成和地球上一模一样。这需要科技的力量——有了足够的力量,我们就完全地可以地球化一个行星。

当然,我们应该怎样执行这项高度冒险的行为,目前我们只有少量潜在的策略。但基本的步骤应该这样进行:

1) 融化火星南极的大量冰山。

火星上的冰块(融化后)足以形成一个11米深的海洋覆盖整个行星表面。如果我们可以融化它,就会引发一系列连锁反应。我们融化一部分冰块后,就会有很多溶解在冰块中的二氧化碳被释放,同时,现在是液态的海洋会蒸发出水蒸气。这些温室气体会使大气密度增加从而开始吸收越来越多的太阳能,这样会进一步使整个温度升高。整体气温只要达到4摄氏度就足以触发温室效应。

There are lot of ideas about how to get this runaway process started—ranging from putting mirrors in space to direct more sunlight at the planet to exploding nuclear bombs on the poles9 to directing an ammonia-laden asteroid to smash into the planet.

2) 通过向空中注入大量温室气体来提升速度。

人类可以通过创建把火星上的元素转化成温室气体——基本实现光合作用工业化的工厂来加快这个过程。二氧化碳可以发挥作用,但是科学家脑中有其他专门设计的气体来吸收太能能——比如甲烷和氟氯碳化合物(CFCs)。

3) 种植植物。

我们可以从能在一些极端地区比如南极生存下来的微生物开始,然后再运进去一些简单的类似于苔藓的植物,最终会形成一大片常绿森林。

然后,其他事情就会自己运转起来。NASA行星科学家 Chris McKay说到:「你并没有开发火星,你只是让它热身了一下,撒下了一些种子。」换句话说,如果你做到了以上3个步骤,最终,这些就会发生:

当上述那些开始接连发生,我们生活在火星的问题就会开始得到解决。火星上会有天气变化,气候寒冷、气压降低,但是适合居住——随着时间的推移所有的事情都会越来越好。人们即使没有太空装备也可以在外面行走。但是如果没有面罩,还是不能待好长时间。这把我们带入到火星地球话最艰难的部分。

4) 使空气变得可呼吸

由于光合作用工厂和新植物生命体真正的光合作用,火星上的氧气密度会不断增加,但依然很缓慢。基于现有的科技述评,这一步(使空气变得可呼吸)在一两个世纪内无法达到。科学家计算,使火星上的空气变得可呼吸大约需要三百年到几千年。因此,除非科技突破,否则,往下好几代生活在火星,在外面都需要带上面罩。

有一天,大约在1000年以后,火星已经被完全地球化。当那天到来时,你会看到这样的画面:

也许你不知道你在看到的到底是哪个星球。地球和火星会变成两个很平常的地方,之间隔着大约3个月的路程——就像100年前的美洲和欧洲,当时还没有飞机可以让你在它们之间来回穿梭。有人可以选择居住在地球但是在火星上大学;火星上一对退休夫妇可以决定到地球上进行一次探险旅行;公司可以在两个星球都设一个总部;地球居民和火星居民可以保持紧密联系,可以发邮件、发短信、看对方的影视节目(尽管不能打电话和Skype——因为数据传输受到光速限制,从一个行星上发出的信息需要3到22分钟才能到达另一个,这取决于它们之间的位置距离)。

以上所以都是有可能。在这个主题的一篇论文中,航空航天专家Chistopher McKay和Robert Zubrin总结为「可以通过21世纪的科技实现对火星环境的巨大修整。」

超越火星

总有一天,这个震撼人心的视频将会成真:

当专栏作家Ross Andersen(译注:万古杂志副编辑,科技哲学领域作者)询问Musk关于越过火星到达太阳系其他空间的前景时,Musk乐观地回答:「如果我们能建立一个火星殖民地,我们几乎就能殖民整个太阳系,因为届时我们将拥有强大的经济实力来完善太空旅行。我们将到达木星的卫星,至少可以轻松的到达外部的几个卫星,或许会到达土星的卫星土卫六(也称泰坦星),以及其他小行星。一旦我们具备了那种经济实力,以及地球-火星的经济系统,我们将能触及整体太阳系。」

但他也补充到,「关键在于我们必须完成这项火星计划。如果我们未来有任何机会将物资运送到其他星系,我们应该聚焦于成就一种多行星文明。那将是下一步。」

那样的话,殖民火星的重要性就不仅仅在于我们的对外扩张以及为地球做次备份,还在于殖民火星将让我们成为这样一个物种:知道如何向新行星扩张以及将它们地球化。这将赋予我们一项最为重要的技能,从而使我们这个物种经久不衰。

如果有充足的时间,我们将向太阳系的其他星体进发,并将把它们地球化,将其变成我们人类可以称之为「家园」的地方。这会开启许多不可思议的可能性。就像头顶木星光芒穿越森林。

或者有一天,我们在海滩望着天际之外的土星。

太阳系可能会变成属于人类的一个广阔世界。或许木星的卫星土卫二将变成太阳系的科技中心;土星的卫星土卫六将变成专属的娱乐产业聚集地。或许有些人的一生将在一个天体上度过;而有些人会成为狂热的星际旅行者,吹嘘自己曾踏足过12个天体。或许太阳系「国会」将会把《地球历史》纳入到学校的必修课中,所有的学生们在成长中会伴随一个内心的渴望——有朝一日能去探访那个被此时已被称为「文明摇篮」的那个星球,去看一下庞大的动物、著名的城市和古遗迹。

向外扩张

我们不会就此止步。穿越太阳系会给我们带来大把时间,而这些时间将为我们带来更加神奇的新技术,在某种程度上来说,我们将有能力开启通往其他恒星的旅程,那些恒星也是由许多像地球一样的行星环绕着,到那时我们将变成多太阳系文明。就像17世纪最早开辟新大陆的移居者,以及21世纪最早殖民火星的开拓者,首先,只有最勇敢的人才会踏上耗时若干个十年的迁徙。和过去一样,随着时间的推移,将你的家庭移民到其他「太阳系」将变得非常常见。

由于光速的限制,一些人和他星际旅行的朋友的交流能够每天更新,但是他们得到的信息却是朋友生活中十年前发生的事情,同时,如果我们回复一个问题,他们需要为了那个答案等上20年之久。距离的存在将会把人类彼此孤立,随着长期进化,在不同「太阳系」生活的人们将不再是同一物种。

在这个渺小而卑微的地球上,人类的意识之光闪耀了几百万年,而它终将穿越银河前往其他星系,分化成上万种迥异的生命形态。世系的大部分生命都是在朦胧中起源,但那些深知自己历史的人将会向你讲述大跃迁的故事,那是古代历史长河中的一个巅峰时刻,就在那时,他们的祖先脱离母胎,变成了征服者。


Sources

Researching this post involved over 100 sources, most of which are are cited in the little gray source footnotes or in hyperlinks throughout the post. Rather than list every one of them here, which isn’t that useful for anyone, I’ll talk more broadly about how I went about my research:

  • Conversations. I was amazingly fortunate to have a lot of access to Elon Musk during this process. I used that access to ask him my still-unanswered questions after having done significant research and to try to dig into the deeper philosophies behind why he’s doing what he’s doing. I also had extended conversations with a number of senior SpaceX staff, NASA astronauts Sunita Williams and Karen Nyberg, and several senior NASA and CASIS staff at the recent CASIS conference.

  • Websites. My Chrome has had a psychotic couple months and I was all over the place during my research. I found sources the usual ways—googling, scanning the bibliographies of relevant Wikipedia articles, etc. But I found myself on a few especially-helpful sites again and again—spacex.com, nasa.gov, space.com, and this convenient list of manned space launches. Some good stuff on Reddit too, like the space and spacex subreddits. I also used this post as an excuse to dig into the sites of two of my favorite space-obsessed internet writers/artists: Randall Munroe’s xkcd (which is full of fascinating comics and posts about rockets, planets, and probes), and Jason Kottke’s kottke.org (where I filtered space-related posts using the space tag).

  • PDFs. A useful research technique—google “[thing you want to learn about] pdf”. It’s amazing how many rigorously-researched papers from the world of academia are just sitting around the internet with no one to hang out with. For example, you can do a google search to read about the deal with the satellite industry and come up with a hit-or-miss list of not-that-thorough articles, but if you add “pdf” in there, you quickly find this, which ended up being my main source about the satellite industry, and this, which told me everything I wanted to know about space debris.

  • Books. Like it has for all of these posts, Ashlee Vance’s Musk biography was full of useful tidbits that I used for the post. I also coincided writing this post with listening to the audiobook of The Martian during all showers and commutes, which wasn’t useful to the post at all. But the book is awesome and deliciously technical-in-a-fun-way, and if you liked this post, you should probably read the book.

  • Watching Musk interviews. If you want to hear more from Musk, there are a ton of Musk interviews on YouTube, many of them gathered on this page. Some good ones: Musk’s interview with Sal Khan, his interview and Q&A at MIT, and this interview where they kept stressing him out by asking him really personal questions. There are also a million awesome videos of SpaceX and other companies’ rockets and engines in action, which can become quite the rabbit hole.

  • Documentaries. Not SpaceX related, but I’d recommend a couple fantastic documentaries about the Apollo and Space Shuttle programs: Ron Howard’s In the Shadow of the Moon and the six-part When We Left Earth.