太空争霸③：太空服务区（下）
“在科幻的视角下，以人性和科学为基石，推演人类走向星际的未来史！”
大家好，欢迎来到《科幻的逻辑与脑洞》,我是逍遥子。
上期，我们的飞船在第三级太空服务区：地球同步轨道（GSO）站的电磁加速轨道上，获得了2800米/秒的速度增量ΔV，让飞船可以轻松直飞许多不同的目的地，比如月球（Luna）、（日、地系统）拉格朗日L1~L5点等等，与现在“靠惯性航行绕若干大圈圈”的方式相比，少走大量的冤枉路，时间也快得多……
今天我们就继续参观这个太空服务区网络的后续站点！
拉格朗日L2太空服务区
拉格朗日L2点，也就是著名的詹姆斯·韦布空间望远镜所在的地方，这里距离地球约150万公里，非常适合建立地球引力圈的最后一站：拉格朗日L2太空服务区，这里也是人类飞往地球摇篮之外的前哨站、告别站。
（日、地系统）拉格朗日L1~L5点示意图
从这里出发，目的地可以是火星，甚至太阳系更遥远的深空，所以在拉格朗日L2太空服务区（L2），电磁加速轨道应该最长，比如200公里。
所有天体都有自己的引力势力范围，被称为“希尔球半径”，在这个范围内引力是比较稳定的。地球的希尔球半径为150万公里，拉格朗日L2点就在这个希尔球半径的边界上，这里是地球与太阳的“引力平衡点”，地球与太阳引力相当，互相抵消。
詹姆斯·韦布空间望远镜，1996年美国宇航局（NASA）招标研制，2021年12月25日发射升空，经过30天的航行，2022年1月24日到达目的地：（日、地系统）拉格朗日L2点
虽然叫“点”，其实也是一片很大的区域，航天器在这片区域受到的引力极其微弱，只需消耗极少的能量就能够长期驻留，所以这类地方也被称为“太空停车位”，科研、经济和战略价值都极高，詹姆斯·韦布空间望远镜花钱无数（从研制到部署总费用约：110亿美元）、历经30天漫长的旅途也要在这儿安营扎寨，那是有深意的。
吐个槽：拉格朗日L2点距地球仅有150万公里，运送韦布望远镜就花了30天，飞火星的距离可是这的上百倍啊！如果能用上咱们的太空服务区网络，不仅时间能缩短一大半，路费能省的就更多了！
历时26年，花费110亿美元的詹姆斯·韦布空间望远镜开始给人类发照片了
拉格朗日L2点绝佳的位置，还是飞往火星的最佳出发点，也是人类飞出地球家园的“十里长亭”。建立太空服务区的战略意义、商业价值不可限量，在未来的太空开发中势必成为各方势力跑马圈地的热点。
拉格朗日L2点：人类飞出地球家园的十里长亭
如何更快地飞往火星
地球的邻居：火星（Mars）
这几年火星殖民成了爆款的热搜，但你知道飞往火星的航线是多么曲折、漫长吗？
飞往火星路线（模拟动画）：蓝色是地球轨道、红色是火星轨道、白色虚线是飞船航线（路程大约1.5亿-2亿公里）
目前飞往火星有三种可选航线：
C是“冲点航行”（Opposition mission），耗时最长，飞到火星需要一年以上。
飞往火星的三种可选航线
另外两种航线被称为“地火转移轨道”，其中A是“霍曼转移轨道”，最节省燃料，但航行路程大约1.5亿-2亿公里，耗时250天左右才能飞到火星，目前人类飞往火星的航线就是这条，实际航行中加上有限的助力手段，最快大约7个月飞到火星。
如果有了太空服务区网络，那就不一样了
B是“快速合点航道”，需要比较高的速度增量，而且速度增量提升的幅度越大，飞往火星的路程就越短、时间也就越快。
我们太空服务区网络什么最拿手？当然是在各个服务区逐级加注速度增量啦。
飞船在拉格朗日L2服务区200公里长的电磁轨道上，以4个g（g是重力加速度，9.8米/秒²）持续加速，可以获得3900米/秒的速度增量ΔV，足够让飞船以B航道，即“快速合点航道”，飞进火星的引力范围~火星“希尔球半径”，大幅缩短往返火星的时间，这对火星殖民和开发意义重大！
小行星带介于火星和木星轨道之间，聚集了大约50万颗以上的小行星，各类资源极其丰富，是人类走向太空的资源宝库
不仅是往返火星，飞往小行星带去采矿，飞往更遥远的太阳系深处都是这个路数。
月球服务区（Luna）站
其他服务区都建立在太空，但是月球服务区却很有必要建在地面上，原因有五：
1、月球没有大气层，也没有生物圈，因此在月球地表建一个近百公里的电磁加速轨道，即不会受到风雨雷电、云层等气候天气的影响，也不存在恐怖袭击等人为破坏。即使出现严重事故也不会造成重大的人道主义和生物圈灾难。
所有的人类文明都对月球有无限的憧憬
2、月球是距离地球最近的天体，陪伴地球亿万年，所有的人类文明从起源以来都对月球有无限的憧憬，情感至深。所以只要人类能走出地球摇篮，月球都是不分种族文化的打卡、旅游必选地，商业旅游需求无比巨大，高性价比交通工具，太空服务区当仁不让。
3、太空服务区网络工程庞大，绝非短期可以一蹴而就，即便在203X年就能开始预研阶段，初步完成也要到本世纪下半叶了，那时可控核聚变技术应该已经初步进入商业化时代。
不过逍遥子估计，在很长时期里，人类的可控核聚变技术都只是初级水平，即“氦3”核聚变阶段，地面可控核聚变电站技术也还在逐步迭代和成熟的漫漫征途中，科幻中的核聚变航天发动机依然遥不可及。关于可控核聚变的话题在这里简单提一下，相关脑洞在后续的文章里再细说。
月球基地和采矿（左上角地平线以上的是地球）
所以“氦3”在相当长时期里，会取代石油成为新一代工业血液，成为极为重要的战略资源。但是“氦3”在地球上的储量极其稀少，据称总共只有0.5吨左右，但在月球土壤里却广泛存在，提炼成本和难度也要低很多。一旦可控核聚变技术得以突破，包括“氦3”在内的月球采矿必然会爆发式增长，出于对各自国家战略和经济命脉的掌控，月球基地和低成本交通枢纽的建设都会是重中之重。
4、月球引力约为地球的六分之一，逃逸速度只有大约 2400 米/秒，且不存在大气阻力，所以理论上月球服务区电磁加速轨道的“长度”并不需要太长（对，你没看错，是“长度”而不是“高度”，原因嘛，还是在后续的文章里再细说），比如80公里就能让飞船获得2500 米/秒的速度增量ΔV，足以轻松飞出月球引力圈，去往其它服务区，或者返回地球。
5、月球服务区设施安置在月球地面即可，工程难度和成本反而会比太空建站低。
火星近地轨道服务区（LMO）
设想中的火星殖民地社区
火星和地球之间的交通当然是双向的，也就需要在火星引力圈建立太空服务区，这个服务区应该建在火星的近地轨道（LMO），也就是类似地球的“LEO近地轨道”服务区，作用自然是给飞回地球的飞船“加注速度增量”。火星的质量和引力明显小于地球，从火星低轨道（LMO）出发需要的逃逸速度增量很小，服务区电磁加速轨道的规格可以设在100公里到200公里之间。
拉格朗日L1、3、4、5服务区
除了L2点之外，其它四个拉格朗日点也有各自独特的价值，首先，它们和L2点一样，都是地球与太阳引力的平衡点，这些点位的航天器也都是只消耗很少的能量就能够长期驻留，所以这些点所在区域也是重要的“太空停车位”。
其中L1点在地球朝向太阳一侧，是探索、研究、开发太阳系地球以内区域，包括金星、水星和太阳本身的前哨站。
（日、地系统）拉格朗日L1~L5点示意图
L3点位于太阳后面，地球轨道对面的镜像对称点，传说中那里有一个神秘的“影子地球”
拉格朗日L4、L5点位于地球轨道的前方和后方60度，形成了两个等边三角形的顶点，由于这两个点所在的广大区域比L1、2、3要稳定得多，星际尘埃和小行星就往往会聚集在这些区域。
到目前为止，科学家对L3、4、5这些广阔的区域知之甚少，原因之一是太远，飞过去太费劲，但是随着未来太空商业开发的不断发展，凡是地球势力范围内的所有区域，肯定都要深入研究和开发，毕竟生命摇篮门口，自家院子的事都没整明白，大片院子撂荒没开发，反而垂涎远方的资源和风景，多少有点舍本逐末的荒诞感吧。
行星防御：避免恐龙灭绝的悲剧在人类身上发生
科幻小说《三体》中，联合国有一个专门对抗三体人入侵的机构：“行星防御理事会 （Planetary Defense Conference 简称 PDC）”，巧的是，现实中也有。
2021年10月23至27日，第一届全国行星防御大会在广西桂林成功举办
大会的英文名 Planetary Defense Conference 简称 PDC，和《三体》里的“行星防御理事会（Planetary Defense Council）”简称相同
第一届 “ 全国行星防御大会”的主办单位行“星防御联盟”，是一个由我国政府组建的，以行星防御专家组为核心、加上有关科研单位和知名专家组成的机构。
“ 全国行星防御大会”这个科幻感十足的名字竟然不是小说，是真的！
承办单位：广西相对论天体物理重点实验室、桂林理工大学理学院、辽宁大学空间科学与技术研究院、广西地球记忆自然博物馆等。
协办单位则包括海南文昌国际航天城管理局、中国空气动力研究与发展中心超高速所、中科院国家空间科学中心、中科院紫金山天文台等。来自全国有关高等院校、科研院所、工业部门等近百个单位的200多位专家学者和研究生出席了本次大会。
全国行星防御大会专题报告（部分）
在10月24日举行的大会开幕式上，担任大会主席的我国月球和深空探测工程总设计师~中国工程院吴伟仁院士，作了“我国近地小行星撞击风险应对体系建设构想”的主旨报告。
全国行星防御大会专题报告（部分）
不只是中国有PDC哦
美国（NASA）的“行星防御协调办公室”组织机构
当然，现实中各国的PDC并不是对抗三体人的，而是监测和应对有可能撞击地球的小行星危机，避免恐龙灭绝的悲剧在人类身上发生。
太阳系小行星群分布示意图（部分）
环绕拉格朗日L4和L5点的小行星被称为特洛伊小行星，在我们的太阳系中已经发现了数千颗这种类型的小行星，其中也包括唯一已知的地球特洛伊小行星：2010 TK7。
危险小天体撞击地球示意图
但截至目前，人类对这两片区域的研究非常少，原因就是太远飞过去太费劲，而对特洛伊小行星和所在区域的研究又非常重要，其中就包括有可能撞击地球的小行星。
全国行星防御大会专题报告（部分）
以人类目前的能力，除了监测，能做的还很有限，但是如果不远的未来建起了完整的太空服务区网络，那就有了保卫地球家园，避免恐龙灭绝的悲剧在人类身上发生的防御纵深和平台了，具体设想嘛，还是留给擅长文艺创作的朋友们去发挥想象吧！
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太空殖民、旅游和开发的安全保障
除了防御小行星对地球的撞击，太空服务区网络的建设，对人类火星殖民，乃至更广阔的太空探索和商业开发都有至关重要的意义。
地球与火星的距离：约5500万~4亿公里
我们知道，在围绕太阳公转的过程中，火星与地球的距离并不是固定的，最近处约5500万公里，最远则有大约4亿公里，所以人类需要在火星距离地球最近的时候去登陆火星，不过这个时机并不常见，大约每26个月才会出现一次，这也被称为“发射窗口”。
只需要重温一下好莱坞大片《火星救援》，就可以想象，如果火星殖民地遇到重大自然灾害或严重事故，移民和工作人员无力应对时，这在火星移民开始后的很多年里，相信都是无法避免的，而下一次“发射窗口”却要等待2年多，火星上的人们会是多么无助和绝望，后果之严重难以估量。
2015年科幻大片《火星救援》
但是，如果我们建立了完整的太空服务区网络，在每个服务区都部署了常备物资储备和应急支援分队，那么，无论哪里有意外，都可以网络化调度，从最近、最便捷的服务区出发，进行及时、高效的救援。
太空服务区网络的建立，将使外太空基地的整体韧性和安全性大大提升，对包括火星在内的所有太空开发都是最可靠的安全保障。
太空服务区网络：太空开发最可靠的安全保障
看到这儿，估计许多小伙伴既满脸的惊讶，又满头的问号：你饼画得这么诱人，这玩意儿在现实中能玩得转吗？
别急，既然逍遥子在这个系列的开篇词里设定的原则之一是：“对未来的科技突破、既要大胆超前，又要符合最底层、最基本的科学原理”，那就给每一个惊艳的脑洞都准备了硬核的科学可行性。
非但如此，一旦摊开这些“硬核的科学可行性”，也就揭开了科技进步带给人类的另一面：文明冲突、大国竞争之升级版！
太空争霸④：从太空母舰到星球大战2.0
敬请期待……
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