載人航天如果要走向深空，需解決哪些基礎技術問題？

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首先祝賀天宮二號發射成功。我們終於建立了自己的空間實驗室，航天員將能夠在近地軌道工作和生活30天，開展一定規模的科學研究。再過幾年，我們就將擁有自己的空間站了。

今天恰逢中秋。仰望明月，我們不禁想，有沒有可能真正在月球建造「廣寒宮」呢？或者更遠，人類有沒有可能登陸火星呢？實際上，這些夢想可能會在不遠的將來變成現實。比如，我國的科學家們正在論證思考載人登月的可行性[1]，美國從布希政府提出的「重返月球計劃」也早已切換到奧巴馬政府更加具有野心的「載人火星計劃」（圖1）。今年，一些航天公司也來湊熱鬧。5月23日，洛克希德馬丁公司透露，將在2028年前發射一艘命名為「火星大本營」的載人飛船搭載6名宇航員於2028年進入環火星軌道[2](鏈接有震撼視頻)。6月2日，艾倫-馬斯克宣布，SpaceX將於2024年開始執行載人火星登陸計劃，並將在2025年到達火星[3]。月球已被納入地球經濟圈，美國政府首開先河，批准私營公司開展登月活動[4]。且不說月球是否能開採到有用的資源，美國政府的鼓勵是否會掀起月球圈地運動？不管怎樣，隨著人類文明發展和科技進步，人類的探索疆域逐步向海洋、大氣、近地軌道甚至月球拓展。二十一世紀，人類將有望實現地外移民，小行星、火星等地外星體將留下人類的足跡。正如航海時代創造的奇蹟一樣，載人深空探索將會創造人類發展史的下一個奇蹟。

圖1
NASA的載人深空探索路線圖（摘自NASA）

言歸正傳，面對一個遙遠的、存在眾多未知因素的星球，載人深空探索會面臨一系列前所未有的技術挑戰，包括剛才前幾位討論者提到的動力推進技術、進入著陸技術、再生式環控生保技術、航天員的生理心理問題、長期失重問題等等。我想再從人類在地外星球生存與發展面臨的根本問題，跟大家進一步探討可能涉及的技術。我們知道，航天員平均每天要消耗約0.9kg的氧氣，並排出大約1kg左右的二氧化碳，並且每天需要飲用大約2.5kg的水，食用約0.6kg的食物，還需保持合適的溫濕度環境。以載人火星探測為例，為保障最小乘員組（假定6人）一個任務周期（假定2年）長期生存的基本物資需求約18噸，也難怪NASA曾設計出一個重達400噸的「火星船」。因此，若人類想真正實現地外生存，則必須要擺脫對地球母親的依賴，充分利用原位資源，就地取材，滿足自身需求。因此，美國NASA最新發布的載人探索技術路線圖的核心就是原位資源利用（ISRU），包括原位資源的探測、提取與利用。事實上，通過利用原位資源，將大大減少必須從地球攜帶的物資，因此將會大大降低航天任務的成本。原位資源利用是人類「脫離地球的生存能力」。對火星移民者來說，火星上兩種潛在的資源，即大氣中的二氧化碳和淺表土壤中的水，是生存與發展的基礎。有證據顯示火星淺表廣泛存在水，即使在赤道區域也是如此。如果這些水可提取，這不僅可為人類提供飲用水，而且將可製備氫和氧。但這種形式的原位資源利用其主要難點不在於方法本身，而在於淺表水資源的勘探。這需要利用氣球、飛機或滑翔機、著陸器、軌道器等多種平台攜帶探測儀器進行大範圍淺表觀測。在獲取了氫資源的基礎上，還可以利用火星大氣的二氧化碳與氫反應生產甲烷和氧氣，為返回地球提供推進燃料。另外，火星移民者還需利用土壤資源生產建築材料、提取金屬材料，進行基地建設和工業生產。這可能需要突破顆粒輸運、分離，激光/微波加熱、化學處理萃取、3D列印原位製造等技術，感覺像需要建一系列工廠啊。

最後，還需強調的是（NASA的路線圖有點忽略啊），以上的一切一切都需要能源啊！因此，原位的能源收集與轉換也是非常重要的，這也是我們團隊研究的重點方向之一。火星上可原位獲取的能源形式主要包括太陽能和風能，月球上可能只有太陽能是可以直接獲取的。但是，和無人探測器相比，有人地外基地的能源需求(電能+熱能)要大的多。月夜和火夜無法獲取太陽能時，無人探測器採用的同位素電源區區數十瓦，最多上百瓦的能量對載人系統來說根本不夠用。靠化學儲能電池的話需要數噸的重量，但這都需要從地球提供。因此，利用地外天體土壤儲能也是原位資源利用的一種重要方式。

我們再次反觀地球，我們賴以生存的家園。正如著名經濟學家鮑爾丁（Kenneth
E. Boulding）所形容的「地球就是太空船」，人類唯一賴以生存的地球僅僅是茫茫無垠的太空中一艘小小的飛船。人口和經濟的不斷增長將使我們人類面臨與載人深空探索一樣「有限資源的窘境」。只有可持續的能源與資源利用，才能使我們的地球飛船足夠容納我們大家。

參考資料鏈接

[1] 張柏楠：中國實現載人登月的日子不會太遠--科技--人民網

[2] 美洛克希德馬丁公司計劃12年內將人送往火星

[3] 馬斯克：2024年開始執行載人火星登陸計劃_TechWeb

[4] 美國首次批准私營公司登月

以上問題都不是多大難題，最基礎的是航天企業院所周圍房價和學校的問題，看看北京一院（造火箭的）和五院（造航天器的）周圍的房價(3w+)和學校質量(就近入學，前幾年買的起房的，一院的孩子戶口多在大興，看看大興高考最高分吧，離清華北大錄取分數線差一截。雖然一院在丰台，但戶口是集體戶，買了房要遷出來，而且丰台也就一個12中是市重點，對比一下西城有多少所吧。五院的，雖在海淀，但在海淀邊緣，周圍也沒有好學校，也就中考還有機會進海淀名校)。新來的買不起房，干幾年就走了，過不了幾年人才就斷檔。而老員工呢心思都在孩子教育上，什麼小生初，幼升小，學區之事。真正全面放在科研上還要等到孩子上大學後，可是過幾年就退休了，至於分房03年之後來的就沒資格了。
p.s.本人就在以上單位，深有體會
pps 今年南方的學校收上的簡歷都少了。

高比沖的推進系統，包括核熱推進、核電推進、太陽能電推進等。若採用連續推進，還需要更高效的發電系統。
長期任務所需的再生式環控生保系統。另外，在星際航行中，航天員將暴露在宇宙射線和太陽風之下，需要良好的輻射屏蔽技術。
星際航行的定軌和導航技術。
與地球之間的高帶寬通訊技術。
對於某些具有濃密大氣的天體，如火星、金星、土衛六等，可能為了降低燃料消耗採用大氣捕獲技術，這需要載人航天器在實現氣動捕獲時具有耐高溫、抗過載的能力，以及在捕獲過程中的導航與控制技術。

歡迎補充。

我來偏個題，題目問的是技術，但是技術發展依賴於其他的很多方面，我來分析一下。
本人才疏學淺，如有疏漏歡迎賜教，不勝感激。
1，資金因素。
眾所周知，航天事業是個錢老虎，沒有足夠的錢基本上想都不敢想。載人航天就是錢老虎中的母老虎(笑)，花錢更多。君不見天上衛星皆大國(要麼就是朝鮮這種舉國之力搞的)，君不見載人航天全五常！
雖說殺出來一個SpaceX可能會打破大國壟斷載人航天的局面，但是這條路至少還得走十年。(而且SpaceX研發費用都頂的上某些島國，非洲小國GDP了。。)所以說沒有錢就別想上天了
對於目前的你球人類來看，要走向深空，要麼出現類似於《三體》《逃出母宇宙》中那麼大的災難逼人類報團取暖，或者航天成本急劇降低(這就涉及技術革命了，而目前世界各國有哪個把科學研究支出放在軍費等前面的？)
2，技術因素
(正在寫，很快更新)

我們先克服材料老化的問題吧……深空航行動則幾十年甚至上百年……
現有材料可能一些做工良好但性能很低的晶元也許還能熬百年，但是主結構這些根本不行……

樓上總結的差不多，還有就是航天員長期密閉環境下的心理問題，不遠離地球不好試驗

我來講下關於深空探測網的事，
下圖很好的說明了深空探測所需硬體：

NASA Deep Space Network
美國很牛，所以在全球組建了一個觀測網路，分別在美國本土，西班牙和澳大利亞，實現了全時可觀測。
特別報道――走近美國深空探測網至於我國的深空探測網，剛才爬了下，目前進展不錯，已經在阿根廷開建口徑35m深空觀測站：
中國將在阿根廷建深空測控站深空網將僅次於美俄

技術上基本就是推進器的問題。
我們現在的化學能源發動機效率太低，遠遠不足以支撐載人深空探測。

1.可控核聚變和質量加速器
2.近地軌道大型太空港，太空工廠，月球基地
3.等離子發動機，封閉生態圈
以上是基礎中的基礎，有了以上基礎再去研究其他技術難關。

長期駐留，必然要解決長期空間生活宇航員的身體健康問題，空間環境與地面差異巨大，即使出現小問題也非常危險。

生命的本身是一種低謫體，現在我們要從地球進入太空，需要改變低謫體的生存方式。
在地球上，幾乎所有低謫體可以使用的能量的最終來源是光合作用，使用的是太陽的光能。
而在太空中，不是時時刻刻都有光可以照，況且地球低謫體即將掌握核聚變技術，為什麼不改變低謫的承載方式，由碳基生物變為金屬機器人，使用在星球上收集的聚變燃料的能源，更能適應太空中的生存。

答案反人類啊……

首先要解決的是錢，沒有錢哪來兒公司研發? 沒有錢怎麼僱傭大量科學家工程師進行攻關？深空探測是個投入多，見效相當慢的航天項目，沒有強大的動力推動是不可能進行下去的。因此需要在各方面進行大量的運作，從大眾輿論到科技熱點，再到國家層面的政策，最好是掀起新一輪的國際太空競賽，畢竟這麼大的遊戲一個國家是玩不下去的。

轉換思維方式，可能是既有的方法理論，也可能是尚在摸索中的。開大飛船航行多少光年的事情太不切實際，比用獨木舟橫跨太平洋還不靠譜一千倍。
走向深空，本質的驅動力不是科學，而是利益，必須有一定的利潤空間或者是前景才有可能。
感覺未來的太空深孔航行還是需要很多現在尚在理論上存在的技術做鋪墊的。
以下幾點：
微觀世界的研究併產生成熟的技術，空間應用方面。
能源的開發，有些實驗室已經開始嘗試聚變技術的開發，但這只是開始。有了足夠的能源支撐，人類文明才能支撐起足夠人口，才能嘗試空間技術的使用。
人工智慧，生產力的提高、不宜居住星球的開發、深空探險對人工智慧的依賴性將會非常高。提升後的單兵作戰和太空集團軍戰爭能力。
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對人類文明的發展，以上只是比較樂觀的猜測。因為到現在我們依舊是摸著石頭過河，當前的科技發展到底走沒走錯路誰也不知道，沒有可借鑒的文明，沒有地外文明的指導。如果走錯了路，未來的生活將充滿輻射和戰爭。

謝@Megan妖。
什麼叫深空？不是很理解。
要解決的問題比較多，等離子推進，核聚變堆，大容量的生命維持系統，甚至需要人類休眠系統，在有重力的行星再起飛能力，資金。

除了上述說過的，還有就是境外的深空地面站的問題。

深空，太陽系以外嗎，超低溫，宇宙輻射電磁干擾，能源續航，通信控制。還有最重要的一點，宇宙是很大的，即便走出太陽系，要抵達銀河系任何一個星系都在人類歷史中看不到，因為目前的速度相對距離太慢了。現在的宇宙飛行都是利用行星引力拋射出去，很難想像有飛行器靠自己的能力走出去

錢的問題，這個最核心

1.燃料問題
燃料是基礎中的基礎，飛往深空航程太遠，現有的燃料技術根本不符合要求
2.通信問題
如果不能通信或者通信時間過長，那飛往深空的目的如何實現？
3.航天員的狀態保持
模擬宇宙空間的全波暗室，這個暗室吸光吸音，長時間面對這種環境理念，人的心理狀態極易出問題。

最基礎的就是燃料問題。帶少了飛不遠；帶多了，用火箭運輸出地球又是問題，且航天器自身重量更重，就要用更多燃料，然後航天器又更重。。。總之，如果以目前化學能航天器的話，燃料絕對是個大問題。而且宇航員的吃喝也是問題啊！

載人航天是不經濟，不科學的。本質上只是政治行為。目前也就只有美國的載人登火星有點希望但估計次數也不會多。登一次火星的錢可以發十發深空探測器，我寧願用登火星的錢換一個木衛二著陸器＋新空間望遠鏡。

人類在解決自身問題前，還是不要把戰火燃燒到宇宙中去好