50 年过去了,人类再登一波月就这么难吗?

你知道月球离地球有多远吗?答案是 384400 千米,大概可以绕地球 600 多圈。如果想开车去月球,车速 100km/h,得足足开上六个月;如果用乐高积木搭一座通往月球的塔,那大概需要 40041875000 这么多——也就是 400 亿块;如果用 " 登月第一人 " 阿姆斯特朗的步伐来丈量的话,大概需要走将近 500 多万步。

虽然月亮距离我们这么遥远,但早在 50 年前,阿波罗 11 号就已经把三位宇航员送到月球,并且成功送了回来。

当时的……等等,这不是当时的脚印!

50 年后的今天,人类除了想再次重返月球之外,甚至看向了更遥远的火星。不过在考虑如何种土豆之前,可能先要解决一个实际问题:到底应该怎么去?

第一反应,当然是造一艘足够大的火箭

看着有点眼熟?

没错,这就是 NASA 那艘深空大火箭——的乐高版

发射火箭是个很贵的事情。燃料本身已经不便宜了,但真正糟糕的事情是火箭必须随身携带燃料。为了把飞船送上天,你得把燃料也跟着送上天。而为了把这些燃料送上天,你还得把更多的燃料送上天。

要发射 1 千克的东西上天,你需要再携带 1.3 千克的燃料。谢天谢地,把这 1.3 千克燃料送上去并不需要你再携带 1.69 千克燃料——再携带 2.197 千克燃料——再携带 2.8561 千克燃料……的无限循环,因为燃料这东西烧着烧着就没有了,不需要一路都带到目的地。日常发射火箭,带上三四十倍重量的燃料是比较正常的。

发射场景必备要素:激动人心的倒数,和翻滚沸腾的燃料

但是既然燃料可以半途烧掉,那别的东西能不能半途扔掉?这就是多级火箭的基本原理,下面的燃料用完同时就也把引擎和外壳都丢掉。考虑到每次发射的东西重量并不相同,如果能动态调整火箭的外壳的话那肯定更好,于是就有了模块化的多级火箭,边上装两个可拆卸的助推器。

登月使用的土星 5 号火箭是为了阿波罗计划专门设计的,反正肯定需要那么多推力,所以没有助推器。但是后来的商业重型火箭考虑到多种用途的需求,很多都会有助推器。这个乐高 ® 城市组里的大火箭,也有可拆卸的助推器

助推器在哪里,很明显了吧

土星 5 号火箭太过古老,已经退役了。不过现在很多公司都在研究新一代的大火箭。上图的原型,就是 NASA 自己的 " 太空发射系统 "SLS。这个项目在 2011 年正式开工,现在估计可能到 2023 年就可以载人飞行了。

但是光有火箭还不够,必须得有地面监测,才能保证火箭飞到正确的地方。这个组件里的控制中心,就是起到了这个作用。不过光有一个中心是不够的:因为地球在旋转,火箭也在飞行,所以很快火箭就会跑到地球的另一侧,需要在全球好多个地方布置观测网点。实际上,阿波罗 11 号的宇航员登月的时候,是澳大利亚的天文台和监测中心首先收到了信号,然后才转给 NASA 的。

地面检测是把火箭顺利送入太空的关键

火箭和基地都有了之后呢?

有些研究者主张说,在去火星之前,我们应该先建立一个月球基地作为跳板——对,就像大家熟悉的国际空间站那样,再来个绕月空间站

以 NASA 国际空间站为灵感的乐高绕月空间站

这个空间站是受到了 NASA 在 2018 年提出的 " 月球轨道平台门户 " 计划的启发,如果这个计划投入实施,那么在 2028 年有可能基本完成。月球表面的环境很糟糕,不但没有大气层,而且会经历连续 14 天的白昼和连续 14 天的夜晚,所以温度波动特别巨大,昼夜温差能到 300 摄氏度。空间站就避免了这个问题,因为它在空中绕着月亮快速飞行,所以白天和夜晚快速交替,温度就均匀多了。

此外,从绕月飞行的轨道进入返回地球的轨道,需要的能量很少。阿波罗登月的时候之所以需要土星 5 号那么大的火箭,原因之一是,我们其实是要把一个小火箭完整地送上月面,然后乘坐小火箭离开。如果只是前往绕月空间站,就没有这个问题了——也因此,航天飞机就可以往来空间站。

空间站上的生活是什么样呢?这套乐高 ® 城市组月球空间站有三个模块化房间,厨房里在烤披萨,起居室里有跑步机和睡袋,还有实验室用于研究。但真正的空间站生活,要比这更为微(艰)妙(苦)。

丰富多彩的乐高空间站生活!

比如说,空间站上因为是微重力环境,东西不会停留在表面,空气也几乎不能对流,所以传统的烤箱是没有用的。为国际空间站设计的零重力烤箱,是用框架把食物固定起来,放到专门的圆柱形烤炉里面,以电热丝近距离加热。食物的表面还覆盖了一层硅质的薄膜,既能耐热透气,又能防止食物碎屑失重下乱飞,干扰敏感装置。

宇航员:我吃点小零食容易吗!

而跑步机在国际空间站上也有,但是不能踩上去就跑。因为失重,脚很难和地面产生摩擦力,而且稍微一蹬就会飞起来。所以,宇航员锻炼之前要在身上绑一圈带子,用弹力绳连在地板上,靠这个弹力来模拟重力,产生摩擦。

宇航员:我运动运动容易吗!

其实空间站放在哪里区别都不大,绕月飞行的空间站换成绕火星,也能运行。不过这一套乐高 ® 城市组太空系列采用了另一种思路:航天飞机。

没错,连火星都惦记上了,看这有模有样的探测飞机

之所以会设计出航天飞机,是因为人们觉得传统火箭只能用一次,太浪费了。为啥不能多次使用?火箭发射上天之后,会高速掉落回地面摔坏。理论上可以留一些燃料给火箭减速,但是带这些燃料上天还要消耗三十倍的燃料,而且以当时的技术,没有办法控制火箭掉下来的姿态。

其实人类还有好几种不需要燃料也可以减速的发明,比如降落伞。普通的飞船着陆的时候,可以用降落伞来保证里面的宇航员不会摔死。可是火箭太大了,小降落伞没有足够的时间能让它减速,超大型降落伞则太浪费燃料。

SpaceX 龙飞船海上降落测试(最新一次又失败了)

换成更大号的火箭,难度可想而知

最终研究者选中的办法,是飞机。飞机需要燃料才能起飞,但不需要燃料也能着陆,有很多飞机在空中引擎停工,但最后成功着陆的案例。把火箭做成飞机的样子,上天的时候靠烧燃料,回来的时候依靠机翼滑翔减速着陆,就有了航天飞机。

稳稳降落,看上去比一根大火箭直挺挺栽下来好多了

有人曾经提议说,让航天飞机去火星说不定是个办法。虽然它的载重量不如大火箭,但是它能把很大质量的物体运送到行星表面安全降落。这个功能我们现在用不上,但如果未来要修建火星基地的话应该很方便。

有了基地,进行一些科考任务也更加顺利,比如:采集晶洞样本

可惜火星表面大气层稀薄,为地球设计的航天飞机很可能没有办法正常着陆。要么重新设计,要么改造火星,增厚大气层。不管哪一个选项,或是下一步放眼更远的太空,都必须付出几代人的努力——想了解天上的星星,那我们面对的困难与挑战,也必将像星星一样多。

本周一看到的一支视频,解答了我心中的疑虑。↓↓↓

还记得开头的脚印吗?答案在这里↑

所有解决困难的方案里,有一条始终不该被忘记——那就是人类的好奇心。

片中小男孩想去火星的 " 童言童语 ",来自于阿姆斯特朗的真实经历。6 岁的他就说过:" 妈妈,我要到月球上去 ",而妈妈自然地回答:" 好啊,只是你别忘了从月球上回来,回家吃晚饭。"

在月球上望着火星的未来场景,有没有让你想起小时候望着月亮的自己?

33 年后,阿姆斯特朗登上了距离自己 500 万步的月球,像大刘所说,从 " 狭小的地下室 " 地球来到了月亮这扇 " 窗 " 前;50 年后的今天,想再次一览窗外的美景,或是打开门,走向更广阔的宇宙,我们应当怎么做?

答案是:呵护好每一个孩子的好奇心与探索力

大刘给所有乐高粉丝的寄语,他手上拿的正是第 42 块积木

这一次,乐高 ® 天猫超级品牌日携手刘慈欣,一同向人类的好奇心与探索力致敬。乐高用 72000 颗积木复原出阿姆斯特朗的 " 大脚印 "。72000 颗积木,是为了致敬人类在 7 月 20 日首次登月,大刘手上的拿的,则是第 42 块

"42,这个编号几乎所有科幻迷都很熟悉,在《银河系漫游指南中》,它代表生命、宇宙及一切的答案。今天我借用这个号码的颗粒,希望告诉所有的孩子们:保持探寻一切终极问题的好奇心,保持想象力。"

不管月球上的脚印,还是乐高大脚印,它们都是由基础元素(block)组成。让孩子理解这个概念:就跟搭乐高积木一样,一块一块组合拼搭起来;探索太空也是一步一步走出去的,子们的一小步,也可能成为人类进步的一大步。既可以照着前人的说明书开启自己的太空之旅,也可以发动自己的想象力,去解决刚刚提到的那些潜在的问题和困难。

当然了,爸爸妈妈们千万不要闲着,除了熟读本文,你们也需要随时解答孩子们提出的问题和困惑。毕竟,想在月球上留下新的脚印,要靠几代人一起努力。同时,这个共同学习、玩耍的过程,也是一个增进亲子互动、共同成长的好机会。如果你只是拿这套乐高当 " 甩给孩子的玩具 ",那可就大错特错了。

2018 年,SpaceX 用猎鹰重型火箭把一辆跑车送上火星。据说,这辆跑车的电台会循环播放大卫 · 鲍伊(David Bowie)的歌曲《Starman》,这首歌的结尾是这样写的:

Let the children lose it

Let the children use it

Let all the children boogie

一个 AI

探索太空,让孩子立刻学习高等物理可能并不现实,但不妨先让他们爱上动手和发现——就从最新的乐高 ® 城市组太空系列开始吧!

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