“太空探索今天与火箭科学有关。 应该吗？”
注意：本文最初发布于HackerNoon
最近，人类成为太空文明的想法受到了很多关注，特别是亿万富翁，例如SpaceX的创始人埃隆·马斯克（Elon Musk），亚马逊的杰夫·贝佐斯（Jeff Bezos）和他的《蓝色起源》以及理查德·布兰森爵士的维珍银河。 伴随着这种日益增长的兴趣，太空私有化已成为大趋势，这表明我们基于太空的未来可能完全不依赖政府，而是依靠私营公司。
在这个新兴产业中，最受关注的短期目标是更便宜地发射小型卫星，太空旅游，运送到空间站，登月和绕月飞行任务，最后定居在火星上。
自2011年航天飞机计划关闭以来，美国国家航空航天局（NASA）已不再从事发射火箭以将卫星送入轨道的业务，它已与波音（Boeing）和诺斯鲁普·格鲁曼（Northrup Grumman）等大型国防承包商以及像SpaceX这样的小型猎鹰公司签订了合同，以及其他创业公司，例如Rocket Labs，该公司于2018年首次商业发布。
太空旅游是一个非常有前途的领域，尽管目前仅针对超富人。 开始时，百万富翁支付2000万美元乘俄罗斯火箭和联盟号飞船旅行，在Mir太空站呆上一段时间。 在太空旅游方面，维珍银河公司凭借“可重复使用的运载工具”与“太空飞船一号”一起行驶到太空边缘而获得了X奖，并有望以250ka美元的价格吸引游客进入“太空船二号”。 不幸的是，2014年的一次事故延误了他们的进度。 SpaceX现在正在兜售载人舱，它将使用其可重复使用的火箭将其首批乘客送上月球（日本亿万富翁前泽佑作已经放下了“大量存款”），尽管日期与所有火箭一样发射，还不够确定。
这使我们想到了所有这些私有（和公共）方案所依赖的一件事： 火箭 。
任何看过火箭发射的人都知道为什么这是将物体和人员带入太空的危险，不可靠且极其有限的方法。 例如，以土星五号火箭为例，这是迄今为止要制造的最大的火箭，向月球发射了阿波罗飞行任务，您会发现95％的空间被火箭燃料耗尽，被点燃并向下推。
当今的太空技术依靠强大的火箭，这意味着我们基本上坐在一个非常大的爆炸之上，并祈祷我们不会受伤！
即使是航天飞机，也被认为是第一个可重复使用的运载火箭，通过它可以更容易地将卫星和人运送到地球轨道，它也依赖于超大型火箭（其中三架是航天飞机的主要宽体“外部坦克”）装有液态氧和氢，还有两个较小的使用固体燃料的火箭助推器。 实际上，正是这些助推火箭之一（技术上是其中一个助推器上的一个环）的故障导致了1986年挑战者爆炸，使航天飞机停飞了两年。
尽管SpaceX和BlueOrigin等在可重复使用的火箭方面取得了进步，但这并没有改变他们仍然基本上依赖于1950年代和1960年代由NASA和苏联开发的同一技术的事实。 50年后，您会认为我们已经建立了一些替代方案。
根据罗伯特·戈达德（Robert Goddard）和沃纳·冯·布劳恩（Werner von Braun）（从纳粹德国获得专业知识）的先驱成果，一般而言，火箭（无论使用液体燃料还是固体燃料）的平均有效载荷占总重量的百分比（即太空舱和/或太空舱的重量，与火箭的总重量或体积成比例）。 土星五号的比例为4％，航天飞机的比例为1％。 之所以少，是因为这种过时的技术（可燃火箭发动机）需要大量燃料。
赶上帕特100公里
到目前为止，成为行星际物种最困难的部分是离开地球进入整个轨道，这就是我们所说的“第一英里”问题。 实际上，由于最公认的空间划界是距地面100公里（或62英里）的Karman线，因此这确实是第一个“ 100公里”问题（尽管最近有一些建议认为空间实际上从较低处开始，大约40英里处）。
一旦进入太空，太阳系的其余部分，甚至最终进入银河系，就可以通过各种推进技术和宇宙飞船进入我们的空间。
但是由于我们对火箭的依赖，其炸药（字面意义上），不可靠且能力有限，要使大量人员（或大量设备）脱离地面将非常困难。
前100公里是成为航天物种的瓶颈。 那么我们如何到达这里？
有时（通常，实际上）科幻小说可能是走向科学未来的地方，太空旅行也不例外。 为免我们忽略这一点，科幻小说家亚瑟·克拉克（Arthur C. Clarke）被公认为在轨道上推广通信卫星的概念。
2001年：同样由克拉克（Clarke）撰写的《 太空漫游》 ，这艘行星际飞船“ 发现号”（ Discovery ）组装在轨道上，其部件从地球上以“航天飞机”发射，不需要火箭。 出于各种原因，组装大型飞船以进行行星际和（有时是）星际飞行是有意义的，而基于月球及其周围的情况也是如此。 这些是大型任务进入自然界的自然停滞点。
大多数科幻小说都掩盖了采用尚未发明的未来派技术进入轨道的技术-就像可以使用尚未发明的反重力装置像飞机一样飞上飞机并飞向母舰的飞船。 在1960年代最初的《星际迷航》系列中，机组人员使用隐形传送来绕开飞入轨道所需的费用（和所需的时间）。 当然，在《星际迷航》中，为了提高效率而采用了远距传输方案-拍摄往返航天飞机的场景太昂贵了。
实际上，这对于我们作为太空物种的未来来说是一个很好的隐喻。 如果我们不找到解决“头100公里问题”的廉价，可靠和破坏性较小的方法，那么我们未来的“星际迷航”将仅限于极少数的人。
我要说的是，数亿甚至十亿美元被投入到太空研究中， 应该将更多的美元投入到非火箭替代品的发射中。 这包括（主要）从地球上的发射，但也可能包括将来从月球或火星发射的，重力较低的发射，因此我们可以在这里工作的任何东西都可以在其他天体上工作。
那么，将火箭伸直进入轨道的替代方案有哪些呢？
以下是一些从易到难讨论最多的替代方案，以及一些正在探索这些替代方案的初创公司或项目。 我按照容易理解的顺序列出了它们（这意味着我们还不知道如何构建它）：
气球和混合解决方案。
气球提供了一种有趣且成熟的方法来达到亚轨道高度，并且可能在进入太空时为我们提供动力。
当我在2009年参观史密森尼航空航天博物馆时，有一本书吸引了我的眼球，其中展示了V型飞船漂浮在地球上。 它不是飞碟，而是JP航空航天公司创始人约翰·鲍威尔（John Powell）的工作，他提出了一种有趣的，分三步进行的方法：使用气球使人（和设备）到达近轨道，并最终进入轨道前两个阶段。 V型飞船是一个巨大的气球（第1阶段），它将漂浮在空中漂浮的城市中，或者说是Darkstar站，后者是一个2英里长的大型气球城市。 它将达到110,000英尺，足够高，可以看到头顶的黑暗和下面的地球的曲率。
此外，与胶囊或基于火箭的解决方案上狭窄的条件不同，这将是一种舒适，缓慢的旅行，并且可能是让地球之旅的游客从“几乎太空”看到地球的理想方式。 JP航空航天仍在，鲍威尔一直在为这三个阶段中的每个阶段制造原型。 什么是第三阶段？ 它是一种利用化学和电力推动力从暗星站进入低地球轨道的飞船。
最近成立的另一家气球公司是World View，这是一家位于亚利桑那州Tucscon的公司，该公司已开发出气球技术，以利用平流层中不同的盛行风将其保持在所需位置。 他们的广告宣传是，花费75,000美元的游客将可以漂浮到100,000英尺，并且能够在看起来像外太空的地方度过两个小时，并且可以舒适地ip饮香槟，同时还能看到地球的曲率和世界观。
他们还尝试通过使用较小的火箭将卫星拖至发射高度来进行发射。 除了发射火箭的飞机的混合模型（本质上就是维珍银河公司的“宇宙飞船一号”）以外，NASA还尝试了混合方法。 西班牙一家名为Blooster的公司正在研发气球/火箭混合动力装置，以发射小型卫星。 这些混合动力方法仍然依靠火箭，这使它们变得危险，尽管它们获得的越高，所需的燃料就越少。
基于自旋的Slingatron。
现在，我们不再使用成熟的技术来探索真正的新概念，而这需要对自然原理有更好的了解，并需要建立创新的解决方案来利用这种力量。
2007年，德里克·A·提德曼（Derek A. Tidman）发表了文章：Slingatron-机械超高速质量加速器，并提出了一种想法，即您可以使用向心运动将物体“甩”入太空而无需火箭。 从概念上讲，它被描述为类似于如何通过来回摇动酒杯来搅动酒杯中的酒。 他有一些很酷的图片，可能看起来像什么。
速度将超过1 km / s，并具有20,000 G（每个G等于地球重力）。 尽管这可以将某些类型的物体发射到太空中，但显然不适用于运送人类。
能做到吗？ 2013年，一家名为Hyper V Technologies的公司运行了Kickstarter，以建立闪闪发光的比例模型。 它没有筹集到所需的25万美元。 最近，仅在2018年，一家硅谷创业公司Spinlaunch就从顶级磁带风投公司（如Kleiner Perkins，空中客车公司等）筹集了4,000万美元，以打造“太空弹射器”。 据该公司透露，其可重复使用的发射器的确切性质一直是秘密的，他们声称他们可以将每次发射的小型卫星发射成本降低到500,000美元，这将比今天的成本有很大的提高。
这些利用几何形状的创新解决方案可能会解决“卫星”发射问题，也许某些创新者会想出如何以可以发射人的方式来解决这一问题。
电磁发射器。
电磁发射器的想法是使用超导磁体在较大的轨道上加速运载火箭。 磁悬浮的爱好者会认识到这种方法，它与磁悬浮火车轨道相似，只是它会上升。 在“车辆”和轨道上的磁铁上使用反极性，通过排斥和吸引的交替作用，车辆将加速到下一个磁铁。
电磁发射器属于以下几种类别之一，包括质量驱动器，轨道炮，线圈炮。 1950年，亚瑟·C·克拉克（Arthur C. Clarke）提出了质量驱动器概念，该概念基本上是具有电磁加速度的长轨道，并最终向上弯曲。 它由Gerard K. O’Neil进一步开发。 人们普遍认为该概念是用于从月球或其他低重力环境中发射物体。
能在地球上做到吗？ 有些科学家是这样认为的。 障碍在于，一方面，要达到所需的速度，轨道必须非常长-一位科学家估计它的距离超过100英里。 实际上，具有讽刺意味的是，发射人类所需的轨道更长，因此对于普通乘客而言加速度不会太大，因此有可能为发射卫星构建更小的轨道，从而可以在许多G上加速。
1994年，曾担任NASA高级概念研究经理的约翰C.曼金斯（John C. Mankins）开发了MagLifter概念，该概念基本上是一种将物体发射到太空中的磁悬浮列车。 后来，在一个更宏大的项目StarTram中，利用MagLifter的概念将问题分为几个阶段，第1代起重器（用于卫星和物体），第2代起重器（人类），其中包括更长的轨道，飘浮在空中，就像一架真正的火车飞向大气一样。 还有一个Gen 1.5，这是两者的结合，具有中等大小的轨道。 该团队估计，使用第二代发射器，他们每年可以将400万人送入太空！
建造这些设备的成本估计为数十亿美元。 截至目前，我还不知道有任何初创公司获得资助来探索这一概念。 一种变化是使用Hyperloop（基本上是真空中的磁悬浮）作为获得电磁发射器的管道。 创新型初创公司可能会找到方法来改进这些先前的预期和概念，这些预期是在预期政府资助的情况下。
太空塔和电梯。
在他1979年的小说《天堂的喷泉》中，无处不在的亚瑟·克拉克（Arthur C. Clarke）详细介绍了22世纪太空电梯的建造。 由于这种电梯的理想地点是赤道附近，而克拉克（Clarke）下半生住在斯里兰卡，因此有关这部人类历史上最大的建筑项目的建筑的许多小说都发生在那儿。 选择的地点是亚当峰，斯里兰卡最高的山峰和一个宗教场所。 [顺便说一句，如果您是Clarke的粉丝，您可能会喜欢“我在Arthur C Clarke的斯里兰卡书架上发现的东西”]。
1895年，俄国作家KE Tsiolkovsky在其“关于地球和天空以及维斯塔的推测”中首次描述了这一概念，他还提出了对地静止卫星的概念。 这个概念被称为太空塔-一种从头开始建造的实际结构或塔。 随着时间的流逝，科学家逐渐意识到要建造一个直立的塔会要求塔的底座太大而无法实际使用，因此Clarke和更多的现代拥护者对该概念进行了修改，使其成为超坚固的系绳从空间站下来像电梯一样，在重心上方是否有一个配重，该配重将处于对地静止轨道上？
可以建造这样的电梯吗？ 直到最近，还没有任何具有抗拉强度的物质成为电梯的“系绳”或钢丝。 最近，现在认为基于碳纳米管的纤维具有进入外层空间所涉及的长度的拉伸强度。
根据space.com的报道，日本公司Obayashi Corp.在2012年宣布，它计划在2050年之前尝试建造太空电梯。最近，静冈大学的一个研究小组于2018年9月发射了小型立方体卫星，它们将进行一些实验用强力的系绳，看它们是否可以在太空电梯上工作。 2018年初，来自北京清华大学的中国团队表示，它已经开发了一种非常坚固的纤维，甚至可以在太空电梯中使用。
虽然太空电梯看起来像科幻小说可能是“替代”方法中最昂贵的（它可能需要大量预算，大概是阿波罗任务的数量级），但还是有希望私人公司的创新者能够获得基本要素，然后找到资金来探索这个想法。 建成后，太空电梯可以将物体和人员运送到地球同步轨道上的某个站点（或沿途到达中间的“基地”）。 虽然与火箭相比，它要慢一些，需要几个小时或更长时间才能到达目的地，但它是100％可重复使用的，每天（或者如果技术足够好，每小时一次）上下飞行的想法最终会变成一个现实。
量子隐形传态。
这是一个遥远的想法，只是最近才引起人们的注意。 我们提到了星际迷航的隐形传送方法。 真的可以实现吗？ 最近，在2017年，一个中国研究小组对粒子（光子）从地面到地球轨道进行了首次“量子隐形传态”。 英国广播公司的标题是“第一次从地球到轨道的隐形传态”。
尽管确实发生了，但真正发生的是光子的“状态”或其量子信息被传送。 粒子本身被传送了吗？ 对于光子而言，这可能是一个哲学问题，因为一个与另一个几乎相同。 如果我们能够传送其他原子或亚原子粒子，最初的电子（至少是它们的量子态），但是质子和中子又会怎样呢？ 毕竟，《星际迷航》中的麦科伊博士不想使用传送器的原因是因为他担心自己的“原子散布在整个银河系中”！
这就引起了关于什么是物质，它是固体/物理，还是能量，还是仅仅是信息的严重问题。
反重力和电子重力。
我们终于来到了一些人甚至可以考虑更深的领域，但我认为值得认真考虑。 与没有人见过工作的太空电梯不同，成千上万的人声称使用静音的反重力推进器看到了物体。 它们被称为不明飞行物，通常会发出某些颜色，是圆形的（臭名昭著的“飞碟形状”），无声，通常有碟形部分的一部分在旋转，并且似乎通过停止并加速至和违背惯性定律。从高速瞬间。
在得出结论之前，目击者包括军事飞行员，他们目睹了空中的物理飞行器，盘旋并加速，证明了神秘的飞行器有能力抵抗惯性定律，因此是“反重力”的绰号。
NASA的工程师Paul Hill认真地看待了它的外观和性能特征，写了一本关于它的书（这本书是由他的女儿死后出版的，因为在他为航天局工作时，NASA和出版商都不愿出版）称为非常规飞行物：科学分析 。 希尔并不是一个傻子-他不仅拥有工程学学位，而且在加入将成为NASA的组织之前，他是奥克兰的航空学教授。 他在书中得出的结论是，该飞行器以某种方式利用等离子体和旋转场来加速和减速，并且它们发出的颜色与等离子体的颜色一致。 那些感兴趣的人值得一读。
T.汤森·布朗（T. Townsend Brown）率先研究了电引力学领域，他发现通过在碟形物体的边缘上施加高电压，他可以得到电磁推进力并产生升力，发现电与引力之间的关系，这种关系通俗地称为“ Biefield-Brown效应”，即“反引力”。 布朗也不是车库的发明者，他是一名为海军工作的工程师，从事过许多机密项目，并且像该领域的其他投资者一样，试图获得资金以启动反重力冒险。
在1950年代，主流航空航天工业中有许多关于反重力的参考，声称这些设备将“在几年后准备就绪”。 但是随后，在1950年代的某个时候，有人指控这些声称全部“变黑”，并突然从所有主流航空航天出版物中消失了。 这与1940年代初曼哈顿计划开始时有关核裂变的论文没有什么不同，这使许多人相信这项工作已经保密。 我们知道，例如，隐形战斗机会使用静电荷。
即使您不相信外星人，也没有理由不研究这些神秘的反重力装置。 如果事实上，正如洛克希德公司臭鼬工厂的前负责人本·里奇（Ben Rich）所言，它们是政府的秘密机密项目，那么今天的科学是“禁忌”的，当今大多数科学家还不了解。 最不可思议的理论可能是训练有素的军事飞行员看着飞艇实际上看到了“沼泽气体”！
事实上，作为蓝图计划的一部分，最初提出该理论以揭穿不明飞行物的科学家，芝加哥东北大学天文学教授J. Allen Hynek便相信这些工艺是真实的，需要调查。 他和他的助手雅克·瓦利（Jacques Vallee）于1963年为美国国家航空航天局（NASA）开发了第一张火星计算机地图，后来成为风险投资家，据说是法国科学家在斯皮尔伯格（Spielberg）的《第三类接触》中的灵感来源。
大多数主流科学家，甚至那些认为自己被误认为是公务机的科学家，都对飞碟或反重力一无所知。 他们应该问一个问题：“是什么使这些手工艺品滴答作响？”。 现在我们知道，五角大楼希望对不明飞行物的瞄准进行揭穿，因此他们不必认真对待它们。 我们还知道，在1969年后，国防部声称“停止调查不明飞行物”，但他们继续秘密地调查这些异常物体。 这足以使您感到奇怪：有人将这个领域排除在认真的科学研究之外是否有兴趣？
结论
好了，有一些关于如何实现基于非火箭的运载火箭的短期和长期远见，这些运载火箭有可能使我们成为航天文明。
就像花了很多年超越电动汽车的“内燃发动机”一样，我们可能需要一段时间才能超越可燃火箭作为进入轨道的主要方法。 但是，从长远来看，这在成本（例如可重用性），危险以及可以发射的总有效载荷方面都值得。
试想一下，如果由于某些迫在眉睫的灾难而需要从地球上大规模撤离人们，那该怎么办？ 世界上没有足够的火箭发射能力来接近我们想要下飞机的人数。 这不仅是成本问题，而且还涉及这些火箭的能力。
像SpaceX这样的公司接管了一亿美元的亿万富翁埃隆·马斯克（Elon Musk）的自有资金（顺带一提，特斯拉也是如此）。 尽管我们已经将政府资金从所有资金转移到了私人资金，但仍然没有足够的风险投资资金或其他愿意冒险使用新发射技术的资金。
应该有X奖或Moonshot奖来鼓励初创公司制造非火箭，不可燃的运载工具。 实际上，安萨里X奖是鼓励维尔京一号发展其宇宙飞船一号的一个因素。 奖品被用来鼓励飞行员穿越大西洋。
空中客车公司和Kleiner Perkins公司正在为Spinlaunch提供资金令人钦佩，但这些公司所需的资金将达到数亿或数十亿美元，并且在种子级别上没有足够的风险投资基金来实现这一目标（ $ 100万或$ 200万开始）或目前的A或B系列（超过3000万美元）。 应该有！
如今，基于火箭的解决方案就像是前往西方的驿马车，对愿意冒着生命危险和不舒服的极小群体来说是个好选择，但是西方的发展使铁路带动了可靠，工业，定期和安全的运输大量的公民。
外太空也是如此，但尚未选择赢家。如果有任何亿万富翁读到这本书，他们真的希望我们通过新技术成为太空物种，那么我们需要无所畏惧的人，他们愿意资助不仅是对过去技术的逐步改进，而且是真正发明未来！
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