土星最大的衛星土衛六(泰坦)是太陽系中獨一無二的環境。它是唯一擁有濃密富氮大氣層的衛星(或地球以外的天體),
其甲烷循環與地球的水循環非常相似:固態和液態甲烷蒸發形成云,最終以降水的形式返回地表。
此外,其富含有機化學物質的原始地表環境使其成為天體生物學任務的理想目的地,例如美國宇航局的“蜻蜓”探測器(計劃最早于2028年7月發射)。
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藝術家繪制的土衛六內部結構圖,圖中可見卡西尼號探測器正在軌道上運行,遠處是土星
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土星的衛星可能成為太陽系的“波斯灣”,而土衛六(泰坦)因其豐富的資源環境而成為其中重要的一顆。在近期一項由美國宇航局資助的研究中,一個研究團隊編制了土衛六的資源清單,并探討了未來人類利用這些資源的可能性。
通過將這顆衛星與其他目的地(例如月球和火星)進行比較,他們得出結論:土衛六為人類定居提供了諸多潛在優勢。
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土衛六豐富資源及其潛在用途的藝術表現形式。
原位資源利用(ISRU)是所有長期月球、火星及其他遠距離太空任務計劃的重要組成部分。
迄今為止,絕大多數研究都集中在如何利用月球和火星資源來維持載人任務并最終實現人類定居。盡管土衛六蘊藏著巨大的潛力,但除了最近提出的土衛六原位資源利用樣本返回(TISR)任務外,它受到的關注卻少得多。
這包括利用原位資源利用(ISRU)的機會,從而可以在土衛六表面建造長期居住地。此外,這些機會也可能使土衛六成為往返外太陽系補給任務的基地。
同樣,土衛六可以促進對土星其他衛星的探索,特別是資源豐富的“海洋世界”土衛二和土衛一。最后,土衛六的資源及其制品還可以出口到太陽系的其他地區。
這包括燃料、原料以及食物、水、氮肥、氧氣等基本必需品。
土衛六(泰坦)富含碳氫化合物——也就是我們在地球上所說的石油和天然氣。其大氣層中含有約5%的甲烷(我們稱之為液化天然氣,用于家庭供暖和烹飪)。
在土衛六表面,我們可以找到更重的碳氫化合物,例如燒烤爐氣罐中使用的丙烷、打火機中使用的丁烷,以及煤油和汽油等更重的液體。
除了燃燒這些碳氫化合物外,我們還可以利用它們制造許多產品:塑料、合成橡膠,以及從溶劑到藥品,甚至食品等各種產品的原料。
此前由杰弗里·蘭迪斯和美國宇航局約翰·格倫研究中心的指南針實驗室團隊領導的研究,著眼于土衛六的原位資源利用,
其目的只有一個:液化甲烷,并從水中制取液氧(LOX)和液氫(LH?),為樣本返回任務提供推進劑。尼克松及其同事的研究范圍則更為廣泛,著眼于更長遠的未來,考察了土衛六所有資源的多種潛在用途。
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所示為一艘假想的核熱推進動力航天器
他們還考慮了如何利用豐富的資源基地來執行更廣泛的任務。這些任務包括需要返回地球的任務,以及計劃探索土星以外區域的任務。為此,大型航天器上的著陸器可以前往土星表面的加油站補充燃料和補給。或者,也可以在軌道上建造加油站——類似于SpaceX公司正在為星艦項目研究的方案——航天器在前往其他目的地的途中可以與這些加油站對接。
有可能在土衛六表面開采資源,建立長期定居點:
它可以是為剛從內太陽系抵達的飛船補充燃料,以便前往更遠的地方,比如天王星或海王星,或者探索土星的衛星。或者,它也可以僅僅是為往返于土星系統不同衛星殖民地之間的常規穿梭機補充燃料。
此外,我們可以將“燃料”的定義擴展到用途廣泛的資源。想象一下,在土衛六上有一個永久性空間站,它提煉碳氫化合物并將其儲存為各種原料和原材料:從打印機墨水到化肥,應有盡有。
這樣,當一艘來訪的飛船前來“加油”時,它補充的不僅僅是燃料,還有制作食物的原材料,或許還有用于3D打印機的原材料,這些3D打印機可以用來制造零部件、紡織品、餐具等等。
土衛六上還蘊藏著大量的水,占其質量的50%(其余部分是核心的巖石物質),水以固態和液態兩種形式存在。液態水主要存在于地表以下,氨和鹽(兩種天然的防凍化合物)維持著其液態狀態。此外,地表上也存在大量的冰,這些冰可以被收集起來,用于生產從飲用水到氫燃料、氧氣等各種資源,以及(如前所述)制造液氧/液氫推進劑。
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這張土衛二恩克拉多斯的拼接圖由美國宇航局卡西尼號探測器拍攝的圖像拼接而成
在考察了土衛六的資源基礎以及補給、定居和探索的可能性之后,尼克松和他的同事們將土衛六與月球、火星和幾顆近地小行星進行了比較。他們認為,雖然土衛六距離地球遙遠得多,需要核動力才能進行星際航行,但它的潛力是無與倫比的。“我們所知的世界里,根本沒有其他星球能與土衛六相提并論,”尼克松說道。“土衛六在很多方面都獨一無二:它是唯一擁有大氣層的衛星,也是除地球之外唯一一顆大氣層和地表都含有碳氫化合物的行星/衛星。”
盡管載人登陸土衛六或在土衛六及其他克羅尼衛星上建立定居點的想法還很遙遠,但其潛力顯而易見。通過在土星衛星及其周圍建立基礎設施和前哨站,人類將獲得巨大的資源儲備。
除了土衛六之外,土星大氣層還蘊藏著大量的稀有同位素氦-3(3He),它被認為是聚變反應堆和聚變推進的理想燃料。有了如此豐富的水、碳氫化合物和珍貴氣體,土星很可能成為太陽系的“波斯灣”。
但正如尼克松所指出的,其益處遠不止于補充燃料,還包括建立一個能夠滿足人類所有需求的制造業基地。
憑借豐富的塑料、3D打印原料、燃料和食物,人類可以在土衛六上建立定居點,并持續數代。這或許是一個遙遠的設想,但令人欣慰的是,
這種可能性確實存在,并且終有一天會成為現實,成為人類星際文明的一部分。
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