走出“育婴室”——宇宙辐射

更新于 2026年10月12日 版权声明
第三节 走出“育婴室”——宇宙辐射

在20世纪五六十年代,美苏两个核大国为了保证可靠的核威慑力量,不约而同地研究起了同一种武器——核动力飞机。按照设想,这种飞机能够带着核弹长时间在空中盘旋,而不需要像一般飞机一样每天都需要落地加油。理论上,一镑浓缩铀燃料释放的能量可以驱动一架飞机不停地环绕地球飞行80圈。这样,就算本土遭受对方的核弹袭击,所有能扔核武器的飞机都被销毁在机场,一直在空中飞行的核动力飞机也能有比较高的概率存活并保证核反击力量。

但是在研制过程中,两国都遇到了同一个问题——辐射防护。

我们知道,为防止反应堆的放射性对人产生负面影响,我们有三大防护途径——屏蔽、距离、时间。但是作为核动力飞机,屏蔽物如果太厚必然厚度增加,像核潜艇那样上万吨的飞机是无法飞上天的;飞机体积有限,人员和反应堆之间距离也无法任意增加。而且如果屏蔽物和距离增加,飞机体积重量必然增加,反应堆功率必然增加……时间就更不用说了,飞行员一上飞机,两者就在同一空间中了。

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宇宙中充斥了高强度的辐射

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核岛厚重的水泥屏蔽墙

当“水多了加面,面多了加水”这样的悖论无法进行下去的时候。洲际导弹横空出世,核反击不再依赖于可能被摧毁在机场的飞机了。美苏两国也就都放弃了核动力飞机的研制。

冷战的历史已经翻篇,但是如果飞向太空,核动力是绕不开的话题,反应堆和宇航员之间的辐射屏蔽问题也必然需要解决。

同时,如前文所说,我们所有人在地面上一直受到宇宙射线的辐射,得益于地球磁场的保护和大气层的屏蔽,地面上收到的辐射要比空中弱很多。一旦飞上天空,这种辐射会大幅增加,不要说宇航员,就算坐着飞机从北京飞一次欧洲,多受到的辐射就相当于一次X射线片了。

其实和某些放射性行业类似,宇航员同样有辐射剂量限制。在1961年苏联宇航员加加林成为进入太空第一人时,甚至1969年美国宇航员阿姆斯特朗登上月球时,人们都只是考虑的太空活动的其他危险,并没有意识到宇宙辐射的危害。直到1970年,美国才为宇航员订出了第一批照射剂量限值,考虑到不同性别年龄的敏感度不同,男性宇航员和女性宇航员、青年宇航员和中年宇航员的限值都不同。所以很多国家都倾向于选择年龄偏大的宇航员,除了经验更丰富外,对宇宙辐射不敏感也是一个重要原因。

所以人类要飞上太空,飞向遥远的深空,需要解决的问题不仅仅是空间堆推进技术,同样需要解决宇航员的辐射防护问题。

可喜的是,经过几十年的研究,人类已经开发出了物理防护、生物医学及化学防护等多种防护手段。

物理防护主要指增加与辐射源的距离、减少受照时间、根据粒子或射线的不同物理性质和强度,选择合适的物质材料进行阻挡和屏蔽。由于前两种方法已基本被飞行轨道和空间任务时间限制,所以最重要的主要靠最后一种——选择合适的材料进行屏蔽。人们在研究中发现,面对太空中的中子辐射,原子质量数较小(元素周期表靠前)的材料防护效果较好,首选聚乙烯和富氢纳米纤维,其次是液态氢。对于在舱外活动的宇航员来说,由于宇航服防护层较薄防护效果差,可以在太阳风暴等宇宙辐射较强时期终止舱外活动,甚至躲进空间站中的专用屏蔽间。(https://www.daowen.com)

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在舱外活动的宇航员身穿宇航服

生物医学和化学防护主要指通过药物、营养补充等方法,调节、增强、提高生物对辐射因素的抗性和耐受性。维生素类、核苷、寡肽、氨基酸和其他化合物这些物质既可用于抗癌抗衰老,也可以用于防护低剂量辐射诱导的氧化损伤和有害健康效应,尤其适用于长时间执行太空任务和长期在低辐射剂量环境工作人员的健康和保健。

随着技术的发展,人类对空间辐射防护的认知在不断加深,如研究发现全身受照后24小时开始膳食补充抗氧化剂,骨髓细胞存活和损伤减轻效果反倒优于受照后立即抗氧化剂补充。就好比医生发现你被刀划伤后不应该立刻涂药,而是第二天再涂药更好。这个结果颠覆了过去辐射防护剂使用的一般规律。

能够预见,随着对辐射防护的不断探索,人类还会有更多颠覆认知的发现。而防护手段也有可能会从现有的增加屏蔽、服用药剂等被动防护的形式,升级到为飞船甚至宇航员建立微环境磁场等方式来进行主动防护。

当然,要实现这些进步,还是要依靠核技术的发展,需要不断进行依托于核能的放射性研究,不断加深在辐射防护领域的探索。

幸运的是,至少在目前,我们既不用担心“三体人”进攻地球,也不用担心太阳发生氦闪逼着人类流浪地球。但是即使未来人类不愿像好莱坞大片一样四处星际移民,我们的太阳也终究是有寿命的。也许那时的人类会真的用行星发动机推走地球,也许会像诺亚方舟一样建造超级太空舰队,带着地球上的所有人类和物种,走出太阳系,走向深空,寻找新的家园。

而如果想让如此“拖家带口”规模的太空舰队速度能够与光速相比,哪怕是百分之一光速,都只有核聚变动力或更高阶的能源(如三体人的反物质飞船)才能支撑。化学能也好,核裂变也好,都只能望洋兴叹。毕竟相对于太阳的速度240千米/秒、地球的速度30千米/秒,现在的化学火箭每秒十几公里的速度(第三宇宙速度也仅有16.7千米/秒)只像是在如来佛的掌心里翻跟头。

而同时,在太空舰队上面还要建立庞大的生态系统,具备供所有动植物生存的如温度、光照、水循环等环境条件,具备人类的生产生活条件,这对能源的需求同样是天文数字。

地球就像一个“育婴室”。在地球磁场和大气层的保护下,在阳光的照耀下,在绿树的环绕下,人类的祖先不用担心宇宙辐射,不用担心能源短缺,不用担心氧气不足……在这个育婴室中,人类文明逐渐孕育、萌芽、壮大。

在未来的日子里,人类要突破行星文明,走向恒星文明,最终建立宇宙文明,就一定要走出地球这个育婴室。随着科技的进步,不论太空中的辐射防护也好,能源提供也好,也许这些问题很快就会有答案,但更有可能的是很久也难找到最优解。在探索的过程中,既要投入大量精力进行辐射防护的研究,也要不断加深对核能利用方式和效率的研究。

再小的袋鼠也有从妈妈育儿袋里出来的那天。愿我们能早日实现核相关技术的突破,早日实现星际远航。

此去星辰大海,“核”你共闯未来。

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