太空改變人類文明的十大階段

注意本文純屬個人觀點，並且和科幻相比更接近是科普文，因為基本都是回顧歷史並且從現有科學技術出發去思考、預測。我不想寫的太複雜難懂，就盡量簡約，很多方面一筆帶過。

太空對人類的深刻影響並不是自60年前人類發射第一顆人造衛星才開始的，而是自古以來就在促進人類文明革命性進步，回顧過去展望未來，我認為太空對人類文明的影響可以分為十大階段。

第一階段：太空文藝化

於壯麗、浩瀚的星空帶來無數神話傳說、星座故事甚至還催生了曆法。

沒人知道這階段是什麼時候開始的，其意義是極大的繁榮了人類的文化、藝術包括後來的ST、SW等科幻巨制，並且促進了人類的好奇心，曆法更是對人類農業生產至關重要，所以這階段對人類社會影響及其深遠。

第二階段：太空導航化

雖然直到20世紀中葉人類才得以發射物體進入太空，但是太空和探索早就密切關聯了。幾千年前馳騁南太平洋上的波利尼西亞人，就已經藉助夜空的星星在毫無地標參照的無際大洋確定自身方位，使安全抵達遙遠彼岸。後來星盤、六分儀等現代天文導航儀器的發明更是為人類探尋新世界、全球化發展提供了極大便利。時至今日，依舊有交通工具藉助六分儀實現天文導航，其中甚至包括洲際導彈。

對於這一階段究竟何時開始，同樣無人知道答案。這階段的意義就是讓人類得以探索、開發整個地球，促進了不同文明間的交流和全球化進程，甚至提高了全人類生活水平，要記住很多重要的物種，從土豆到玉米、番茄都來自美洲新大陸，還有美洲貴金屬帶來的經濟變革、美洲對西方文明抗擊奧斯曼帝國的幫助，此外再對比老歐洲和美國，就明白對人類文明的影響是多麼巨大。

第三階段：太空軍事化

1942年首次發射的A-4火箭也就是大名鼎鼎的V-2導彈讓人造物體首次離開地球稠密大氣層來到太空，從此太空對於人類不再是可望不可及幻象。

這第三階段的起始日期是1942年10月3日V-2第一次成功試射的日期，雖然只達到了84.5千米的高度，並沒有突破100千米的馮·卡門線抵達太空、更沒有進入軌道，但是為人類進入太空邁出了偉大的第一步，在4年後的1946年10月24日，美國陸軍用繳獲的V-2導彈在海拔105千米拍攝了人類第一張來自太空的照片，V-2還是各國運載火箭的直系鼻祖。

這一階段的意義是讓人類終於有抵達太空的手段，太空航行看到了希望，而不再是望星興嘆。然而這階段開始後相當一段時間裡，太空主要被用作彈道導彈的飛行空間或者是用來刺探對手的秘密等軍事用途，早期的宇航員也全是軍事人員，太空競賽也是冷戰政治、軍事的需求而不是和平、民用。

第四階段：太空科學化

太空並不只是軍事家們的領地，人類太空活動也極大的提高了科學的發展，增進了我們對這個世界的了解，還催生了很多實用新技術，從氣象衛星到育種、到高性能輕質隔熱材料甚至植入體內拯救生命的微型人造血泵等等。

這一階段的起源因為跟上一階段的高峰有重疊，所以很難界定。最終我認為還是以1958年1月31日美國的探險者1號人造衛星發射為標誌，因為和蘇聯的斯普特尼克1號人造衛星不同的是，美國的探險者1號發現了著名的范·艾倫輻射帶，這個發現在科學上極其重要，對於此後的太空飛行更是意義非凡，徹底改變了人類對外層空間的認知。

這一階段的意義就是空前加速了科學技術的發展，開始和平造福人類而不是純軍事用途，有效提高人類的生活水平。

第五階段：太空信息化

每個人都知道，隨著社會發展、科學技術的進步，信息的獲取和傳遞、交流對於人類文明越來越重要，特別是今天我們所處的這個信息時代更是如此。太空技術的發展使得世界任何角落都能跟外界保持聯繫，除了衛星通信（包括衛星傳輸的跨國金融業務、電子商務、衛星互聯網等），還有衛星雲圖預報天氣、各種對地遙感，太空搜集、傳遞的信息已經深入我們生活的方方面面，給生活帶來了無數便利。如今人類的經濟已經離不開太空的支持，每個人都是太空活動的受益者。

這階段的起源標誌是1962年7月10日美國發射的Telstar 1（通訊衛星1號 或者說 泰事達1號）。這是人類第一顆正式投入商業運營的通訊衛星，提供了跨大西洋的衛星電視轉播、電話、電報服務。

這一階段帶來的意義無需贅述，生活在信息時代的我們都能深刻體會其意義和價值，並且隨著移動互聯網、大數據等的發展，只會越來越重要。

第六階段：太空經濟化

每個人都知道進入太空價格高昂，是太空產業發展的攔路虎。目前聯合發射聯盟的宇宙神5（Atlas V）運載火箭家族最強的551型近地軌道載荷18,814千克，發射成本約153,000,000美元，約合每千克8132.2美元。相對便宜的SpaceX獵鷹9全推力型近地軌道最大載荷22,800千克，而發射成本為62,000,000美元，約合每千克2719.3美元。這對平民還是太貴，問題很大程度上是運載工具一次性使用導致的。幾十年來人類一直試圖開發可重複使用發射系統，然而至今還沒有技術上和經濟上都成功的範例，例如原本被寄予厚望的部分重複使用的太空梭因為開發時的縮水和技術不成熟導致發射成本反而比一次性運載火箭貴。SpaceX的重複使用火箭第一級也還沒體現真正的經濟優勢，所以現在還沒進入這階段。

人類何時進入這階段？很可能在2020年代-2030年代，按計劃SpaceX可以完全重複使用的BFR超重型火箭將於20年代初投入使用。水平起飛水平降落，也是完全重複使用英國的Skylon太空飛機也將在2025年以後試飛。這些無疑是近在眼前的希望，順便說一下NASA在90年代的第二代太空梭——垂直起飛水平降落單級入軌完全重複使用的X-33/冒險星計劃開展的太早了，新型熱防護系統、新引擎等都沒問題就因為碳纖維複合材料結構技術不過關而夭折，如果這個晚開展10年研發，那日新月異的碳纖維複合材料的進步就會確保冒險星的成功，真的非常可惜，後來有關承包商的報告也確認現在如果再繼續搞X33/冒險星沒任何難題，之前的輕質高強度推進劑儲箱問題已經解決。

這階段的意義是，讓太空飛行如同民用航空飛行一樣平民化，開創一個偉大新時代，為之後的新階段奠定不可或缺的基礎。

第七階段：太空工業化

眾所周知，宇宙的資源比地球豐富無數倍，然而在第一顆人造衛星發射60年後的今天，人類所有的太空活動都依靠地球的材料在地面製造、從地面發射到太空。這顯然還是非常原始、不合理的，更是昂貴、不便的，唯有太空工業化才能把浪漫壯麗的科幻場景變為現實，對人類的未來更是至關重要。太空工業化有兩大關鍵要素：1太空製造2地外資源利用。太空製造方面人類已經有冶金、蛋白質晶體、半導體材料生產、太空3D列印等初步試驗。而地外資源利用相對還是空白。月球、近地小行星是啟動真正太空工業化的基礎。

這階段尚未到來，而這階段的開啟標誌我認為是用地外材料構建實用性、商業化的航天器或者設施例如月球基地建築，而不是小規模實驗性的。要做到這點需要月球基地或者近地小行星捕獲/重定向技術。這方面研究已經很多，還有私企致力於研究近地小行星資源，相關的立法也已完善。在達到第六階段也就是太空經濟化後，太空工業化也會很快實現。

這階段的意義是，首先太空製造、太空資源利用進一步降低太空應用的成本，同時讓此前想做而做不了的夢想變為現實，例如天基太陽能發電站。這是一種超巨型衛星，有面積可達十幾甚至數十平方千米的太陽能發電系統，電力輸出數以吉瓦（1吉瓦=1000兆瓦）計，通過傳輸效率為60%左右的微波束無線輸電給地面。從太空帶來潔凈能源，技術門檻相對也比可控核聚變發電低，只要能實現太空工業化，藉助來自月球、近地小行星材料製造這樣的龐然大物並非難以實現。此外地球上一些資源例如某些稀土材料日益短缺，特別是觸摸屏里離不開的銦，只有太空工業化才能實質性的解決地球上的能源、資源稀缺問題，也有助於人類的和平發展，避免了資源稀缺下爭奪資源導致的衝突。來自太空的高品質材料例如高性能半導體、高性能合金等也會進一步提高人類的生活質量。來自地外天體的資源還能讓人類得以建造以往只在科幻里的巨型飛船、空間站，讓2001太空漫遊和進取號成為現實，為下一階段奠定基礎。

第八階段：太空棲居化

很多人都認為發展太空是解決地球人口膨脹問題的的唯一出路，然而因為技術限制，並不能像科幻片里一樣隨心所欲的用比光速快很多倍的巨型飛船運送無數移民抵達太陽系外的類地宜居行星。因此剛開始必須立足太陽系內，之前的太空經濟化和太空工業化是太空棲居化必須的前提條件。目前關於太空棲居或者說殖民主要有兩種思想，我就稱暫且呼為奧尼爾主義和馬斯克主義。

奧尼爾主義是指普林斯頓大學的吉拉德·奧尼爾提出的高邊疆理念，其思想是用太空解決人類的社會問題追求美好的未來，把未來如何大規模開發太空、遷居地外世界予以科學化、合理化。奧尼爾認為，比起月球或者是火星等地外天體，使用月球、小行星材料建造巨型空間站或者說太空棲息地更好。因為空間更大，並且環境高度可控、通過自轉產生的離心模擬人工重力也跟地球相同，更宜居。同時不受星球土地的限制，通過合理的設計這樣的太空棲息地能做到自給自足，居民以滿足本身內需和太空工業活動為工作。這些個頭動輒數以千米計、可以容納成數以萬計、甚至幾十萬、超過上百萬人的太空城市位於地球-月球拉格朗日L4和L5點區域，永久穩定同時交通方便。奧尼爾教授以及NASA的研究也表明，如果能實現開採提煉月球、小行星上的礦物，那用機器人建造這些幾千米甚至幾十千米的龐然大物並沒有問題，後來NASA工程師湯姆·麥肯德里進一步的研究表明如果使用碳納米管取代鋼材作為太空棲息地結構材料，那理論上未來太空棲息地的甚至可以達到半徑460千米、長4600千米的驚人尺寸，比SW里的死星還大！當然是空心自轉圓柱體，內部的居住面積已經是國家級而不是城市級的了，同時還不佔用任何星球的土地，其價值可想而知。

關於馬斯克主義，這個媒體報道的很多了，SpaceX創始人馬斯克的夢想在火星，希望在本世紀末向火星移民超過100萬人建立新的文明。使得人類成為跨行星物種，把火星變成第二塊美洲新大陸。和奧尼爾等人不同的是，馬斯克身體力行的領導公司研製前往火星的大型可重複使用火箭、飛船（BFR/ITS）。

奧尼爾主義和馬斯克主義都各有各優缺點，可能比較宅的人更樂意住空間站，喜歡戶外運動愛旅行的人則更傾向去火星住吧。奧尼爾主義的實踐對人類未來建造亞光速恆星際世代船至關重要，而馬斯克主義則對以後人類前往太陽系外行星大有幫助。

這階段何時開始？取決於前兩階段——太空經濟化和太空工業化的進程，我個人保守估計可能會是2050年代前後。

這階段的意義是徹底讓人類成為太空文明，可能會解決地球上很多社會矛盾例如人口爆炸、族群衝突、土地糾紛等，有利於人類的和平繁榮以及保護地球自然環境，也為人類以後走出太陽系奠定不可或缺的基礎。

第九階段：太空方舟化

長久以來，人們一直擔心世界末日的到來，太陽已經是主序星階段中年隨著恆星演化的進程而逐漸膨脹，越來越亮。有科學家預測過，按照這趨勢10億年之後地球就會熱的不適合人類居住，而不是50億年後。從長遠看要保證人類文明以及地球生命的延續，人類必須離開太陽系。雖然目前物理尚未突破還不存在科幻里的曲速引擎或者是超太空跳躍，然而在未來使用亞光速飛船前往附近的恆星系統是可行的。

人類已經掌握了可控核裂變、不可控核聚變，至於可控核聚變也不是像曲速飛行一樣遙不可及，NASA等機構一直在認真研究現實可行的核聚變太空推進。根據有關方面的研究，其中氘-氦3核聚變推進的噴氣速度最高可達20,000千米/秒。假設飛船質量比為10，根據計算總的速度增量可以達到46,051,701米/秒，也就是光速的15.35%。當然要考慮抵達目的地時的減速，實際最大速度得減半到約7.67%光速。然而通過強大磁場作用於星際介質，能產生阻力同時還能搜集星際介質里的氫作為進一步減速的推進劑。那就使得減速所需的推進劑大大減少，因此很可能實現10%光速的航行。至於太空塵埃、流星體的碰撞問題，上世紀70年代英國的代達羅斯亞光速星際探測器計劃提出用鈹製造防護罩。阿瑟·克拉克在《遙遠的地球之歌》里構想用冰基複合材料打造防護罩，此外由於可控核聚變技術離不開人造磁場控制等離子體技術的進步，用電磁線圈約束的等離子體作為固體防護盾的補充來削弱迎面而來的太空塵埃、流星體可能也是一個好主意。

儘管能達到10%光速，然而恆星際航行的時間對人類還是過於漫長。目前NASA研究的人工冬眠技術並不能用來延續人的壽命，只是讓人類陷入昏睡，以減少旅途的氧氣、食物消耗。對長時間恆星際飛行並無實質性幫助，而醫學延長人類壽命在可預見將來也難有重大突破，至於胚胎船技術也就是用抵達目的地後用人造子宮培養冷凍上百年的人類胚胎，再用機器人教育。這個技術難度更大，遙遙無期。最為可行的選擇就是世代船了，也就是一個人類社區在飛船上世代繁衍，直到抵達另一恆星系統。奧尼爾式的太空棲息地的實踐和改進為世代船奠定了絕佳的基礎。雖然這存在一些社會科學問題，但至少在技術上比其他方案都合理可行多。而宇宙射線用磁場和水屏蔽共同屏蔽，在太空的低溫下冰異常堅硬，還能增強飛船殼體。

關於目的地的選擇，除了是否存在潛在宜居行星，恆星的類型其實更重要。想像一下找到宜居行星了但是所圍繞的恆星剩餘壽命比太陽還短豈不是空歡喜一場？首先目標恆星不會選紅巨星也不會選白矮星什麼的，必須是主序星階段的恆星。而主序星階段的恆星根據光譜類型又分為O、B、A、F、G、K、M類型，選哪類更好呢？O、B、A、F型恆星質量都比太陽更大，壽命更短，其中質量最大的O級也就是藍巨星在主序星階段壽命只有幾百萬年，然後通常就會新星或是超新星爆發最後變成中子星、脈衝星甚至黑洞，當然O級里里質量相對小的會演化成紅超巨星，然後進一步變成不停往外吹高溫氣體的沃爾夫-拉葉星。顯然大質量恆星不安全，太陽屬於G類恆星，主序星階段壽命大約為100億年。然而既然花大力氣恆星際飛行了，顯然要找更長壽的恆星才對得起巨大的人力物力和時間的投入，那剩下的只有質量更小溫度更低的K級和M級主序星了。

K級主序星又叫橙矮星，壽命為150億年-300億年，比太陽長多了。M級主序星又稱紅矮星，壽命可達萬億（trillions）年！！！因為質量小，內部對流充分，所以不會膨脹成紅巨星，更不會新星、超新星爆發。只會隨著氫燃料的消耗慢慢變暗，看起來很適合人類億年大計。然而M級紅矮星有個缺點，因為質量小溫度低能量弱，所以宜居帶也就是適合液態水存在的區域過於靠近恆星，這導致行星很容易被潮汐鎖定，也就是一面永遠朝著恆星日不落，另一面則永遠朝向黑暗永遠黑夜。這會導致一邊極熱一邊極冷，還會使得大氣產生強烈的風暴，也讓地球生物的生物鐘難以適應。此外M級紅矮星的星光太紅了，和太陽差別太大這顯然並不會令地球生物感到舒服，看起來紅矮星優點和缺點都很明顯。

我個人覺得K級恆星系統作為最適合人類恆星際拓展的目的地，當然對於M級紅矮星可以通過建造太空棲息地來解決M級紅矮星宜居帶行星存在的問題，創造適合人類和其他地球生物居住的環境。出於技術水平限制，目標恆星不宜太遠，以距離太陽20光年內的比較合適，當然未來具體挑選恆星際飛行目的地是非常複雜的，在這裡很難簡單說清楚，例如要看恆星系統內具體情況而定，這個在未來會可能先用口徑幾十米甚至上百米巨型太空望遠鏡觀測，然後發射小型亞光速無人探測器進一步勘察。

這階段何時能實現？根據目前的技術發展情況，我覺得最早也會是2150年代以後了。然而亞光速載人恆星際航行並不是像曲速、超空間、零點真空能等那樣遙不可及，當然由於路遙時久，飛船的可靠性很重要這個除了技術進步提升可靠性同時設計上注意多重備份外，還有隨船的人工智慧機器乃至工程師維修保障，確保安全抵達目的地。順便說一下宜居行星可能並不真的適合宜居，真的環境類似地球的行星上的土著微生物可能會給地球生命帶來嚴重威脅，同樣的地球微生物可能也會嚴重危害當地生物圈，生化檢疫威脅問題其實比其他技術問題更討厭。

這階段的意義就是讓人類從太空文明進一步成為了星際文明，擺脫了和太陽共生死的命運，當然注意，因為亞光速恆星際航行的漫長，人類在其他恆星系統定居建立的新文明是不可能回饋資源給太陽系的，他們是避免人類和地球生命滅絕的方舟，還會用這種方式逐步向整個銀河系播種。至於外星文明？這不在考慮範圍內，因為尚無證實的外星文明存在，然而如果有人非覺得無武裝飛船恆星際飛行太危險是不合邏輯的，那我明確的告訴你由於需要在遙遠的距離和地球保持聯絡，恆星際飛船很可能會裝備兆瓦級甚至更大功率的激光、微波作為通訊工具，毫無疑問兆瓦級乃至更大功率的激光、微波束也能作為強大定向能武器，此外如果是某些激光慣性核聚變，飛船經過適當的設計也能把聚變點火激光兼做武器，威力更大，所以這無需擔心手無寸鐵，大型亞光速恆星際飛船上現有的設備就能在某種程度上兼做自衛武器。

第十階段：太空超越化

美國著名的心理學家亞伯拉罕·馬斯洛認為人類的需求從基礎到高級分為：生理需要、安全需求、社會歸屬感、自尊和被尊重、自我實現這五大層次。人類文明的發展很大程度上也類似，只要生產力和精神文明的進步大於倒退，終究有一天人類文明也會尋求自我實現、自我超越，而不是只想著生存和佔有。到了這種程度就進入了太空超越化階段，到了這個階段由於科技和生產力的極大進步，人類可能會離開銀河系探索更廣闊的世界，還可能會嘗試用一些先進技術、超級工程讓太空變的更美好，或者是幫助其他行星的生物圈躲避滅絕浩劫、研究、模擬宇宙的歷史和未來、各方面追求極致的完美等等。

這階段過於遙遠，無法推測何時人類可能到達這階段。

這階段的意義是標誌著人類徹底超越自我，告別動物本性進入更高層次，當然我不覺得人類會進化成ST里的Q那樣的神級能量生物，變成博格倒是完全可能的。