科技版~SGM之17~飛出太陽系？
這艘"旅行者1號"1977發射的探測器，經歷33年的太空飛行後，將於2012年真正意義上飛出太陽系。
來自太陽的帶電粒子在太陽系邊界附近形成一個"氣泡團"，這些帶電粒子源自太陽，輻射到整個太陽系，其與星際空間之間形成一個過渡帶，大約距離太陽100億至140億英里，準確估計值在110億英里（180億公里）附近。值得注意的是：旅行者1號探測器目前已經進入這一片區域，隨時都將真正意義上飛出太陽系。
科技版~SGM之17~飛出太陽系？
人類何時飛出太陽系？它對科學技術發展的什麼要求？對航太技術發展有什麼要求？
從本質上來說，人類何時飛出太陽系不是個時間問題，而是人類科學技術發展的速度和水準問題。也就是說，人類現在的科學技術還不能滿足飛出太陽系的要求。
或許有人說，美國發射的先驅者10號和11號，旅行者1號和2號探測器不是已經飛出太陽系了嗎？嚴格地說，這4個探測器僅僅只是越過太陽系最遠的行星——冥王星的軌道，並沒有真正的飛出太陽系。即使在遙遠的將來能飛出太陽系，那也只具有象徵性的意義，而不具備必然的現實意義。它們的能源已經耗盡，人們已完全失去與它們的聯繫。斷了線的風箏是沒有什麼意義的。
人類目前掌握的宇宙知識對宇宙航行來說是遠遠不夠的。例如，是什麼規律支配著宇宙的產生和演變？大爆炸理論真的可靠嗎？宇宙中到底有沒有暗物質？它們分佈在哪里？宇宙是繼續膨脹還是將轉而收縮？恒星和行星是怎樣形成和演化的？恒星的能量從內層穿過外層流到行星際空間的機理細節如何？星系、中子星、黑洞和類星體是怎樣形成的？它們對宇宙航行有什麼影響？宇宙中有反物質嗎？它們分佈在何處？宇宙中有別的智慧生物嗎？他們宇宙觀如何？如此等等，科學家們還在探索著，爭論著。
還有，人類目前對宇宙中生物的起源、進化的環境條件是什麼還不甚瞭解，重力對物理、化學和生物過程有什麼樣的重要作用，生物，特別是像人類這樣的智慧生物活動，對行星到底有什麼樣的影響也沒有徹底搞清楚。在飛出太陽系以前，空間人體生理學、空間物理學、空間化學、空間生物學、天文學和天體物理學等，還需要取得更大的進展。
目前，人類掌握的航太技術遠遠不能適應飛出太陽系的需要。例如，鑒於宇宙尺度的寬廣，即使飛船的速度可以達到光速，但到離太陽最近的恒星——比鄰星飛一個來回，仍需要近10年的時間，在銀河系轉一圈需要幾十萬年，要飛出銀河系，到達最近的仙女座星系，需要230多萬年，而要在宇宙中周遊，則需要幾百億年的時間。目前，人們寄希望於愛因斯坦相對論的速度效應，即太空船高速飛行時，時間會膨脹，距離會縮短，越接近光速，速度效應越顯著，到無限接近光速時，時間幾乎停滯，尺寸幾近於零。但是，這個理論正確嗎？它的應用條件如何？又如何太空船逐漸接近光速？
再如，人在太空飛行，1個人每天需要空氣、水和食物的總量為22千克，1年約8噸。那麼多人長期太空飛行所需的食物從哪里來？人們寄希望於密閉生態系統，但是，美國生物圈2號的試驗失敗了。除食物外，在宇宙航行中還需要許多工業產品。因此，航宇活動必須有成熟的人造生物圈技術，以解決人的生存條件和生活供應問題；必須有發達的太空工業，以提供各種用品。
為了保證人口品質和文化的穩定發展，長期宇宙航行需要千萬個家庭同行。在千百年的航行過程中，人口可能增加到幾億、十幾億之眾，一艘飛船運載的是一個龐大的社會。如此巨大的飛船如何建造？用什麼能源去加速？因此，航宇活動需要極大地完善太空船的結構、製造、發送、軌道裝配和駕駛技術，空間能源技術，空間運輸技術，空間推進技術，人造重力技術等等。
由此可見，在今後幾十年的時間內，主要還是開展航太活動，如建立永久性載人空間站，發展廉價的天地往返運輸系統和太空船的高能動力系統，建立永久性月球基地，開發月球資源，生產火箭推進劑，建立月球中轉站，考察火星，建立火星基地和地球-火星之間的分階段運輸系統，以及相應的航太港等。
與此同時，要在許多科學研究上取得突破。如查明地球氣象與太陽活動的關係，可準確預報30天以上的氣象和30天以內的地震、太陽耀斑活動；準確查明地球輻射帶的範圍和特性；在空間站上建立自給自足的密閉生態系統；有效地防治失重環境中的骨質疏鬆等病變；在太空批量生產各種需要的工業產品；在月球和火星上切實解決水的問題；證實冥王星上甲烷火山的存在；揭開火星生命之謎，確認木衛二和天王星等處液態水中是否存在的低級生命或有機物質；在彗星冰塊中尋找超新星碎片；尋找太陽系外行星；探尋活動星系中心的高能能源；檢測引力波；尋找黑洞、暗物質和反物質等。
目前在太空中飛得最遠的人類文明使者--美國"旅行者1號"探測器，正在向太陽系邊界逼近。甚至有科學家認為，它一度可能已突破了太陽系與外部星際空間的第一道交界線。但是嚴格說來，這些並不能說成是人類飛行的距離，因為它們都沒有載人飛行。真正人類最遠的飛行距離，也就是載人航天器飛行的最遠距離，只有從地球到月球那麼遠，約為38.4萬公里，這一紀錄還是在上個世紀六七十年代創造的，至今未能突破。這一紀錄的創造者是“阿波羅”號載人登月飛船及其乘員。
美國科學家正在用哈勃太空望遠鏡研究月球上的礦產資源，這項研究是建立月球前哨的重要步驟。
太空有哪些資源？目前正在開發哪些太空資源？近期可望開發的太空資源有哪些？
資源的含義非常廣泛，宇宙中的萬物、空間、時間，以及各種精神財富都是資源。撇開抽象的精神財富不說，人類對資源利用的最主要形式是提取能量，維護人類生活和科學技術的不斷發展。這些能量資源，一類來自太陽，主要是太陽電磁輻射的光能和熱能；一類來自地球，主要是各種物質的熱化學能、動能和勢能，幾十年前，又開始利用原子核的裂變和聚變能。除此之外，有些資源被用來製造人類生活和工作需要的各種“硬體”，如衣物、房屋、交通工具、玩具、各種機器和設備等。這些資源目前主要來自地球。
以這種觀點看資源，太空中可利用的資源比地球上可利用的資源要多得多。僅從太陽系範圍來說，在月球、火星和小行星等天體上，有豐富的礦產資源，在類木行星和彗星上，有豐富的氫能資源；在行星空間和行星際空間有真空資源、輻射資源、大溫差資源，那裏的太陽能利用效率也比在地球上高得多。利用航天器的飛行，還可派生出軌道資源和微重力資源等。
在200～500千米的低軌道空間真空度為10-4帕，而在35800千米的地球同步軌道上則為10-11帕的高真空度。空間真空不僅純淨無污染，而且體積碩大，是地面人為的真空條件無法比擬的。
地球軌道上的太陽輻射密度為1．4千瓦/平方米，是地面上的兩倍。其宇宙輻射強度也比地面大得多，並且是全譜的。特別是宇宙高能重粒子，由於大氣阻尼和吸收，很難到達地面。
在空間環境中，由於高真空絕熱，被太陽直射的物體表面，可達到100℃以上高溫，而背陰面則可保持-100℃以下的低溫。兩者之間形成大的溫差，而且非常穩定。
自從航天器問世後，科學家們首先想到的就是利用太空的軌道資源，即利用高遠位置這一得天獨厚的有利條件。眾所周知，站得高、看得遠。地球的空間軌道，遠離地表，高於大氣層，在那裏能以不同高度、不同角度俯視地球，特別是與地球同步、與太陽同步的軌道具有特殊意義。
為此，旨在開發太空軌道資源的形形色色的航天器競相升空。例如，通信衛星就是把原來在地面的無線電中續站搬到衛星上，從而大大提高了信號的覆蓋面積和傳輸距離、通信品質和抗破壞性，減少了費用，使通信技術發生質的飛躍。遙感衛星相當於空間觀察平臺，具有觀測範圍廣、觀測次數多、時效快、連續性好等優點，對氣象預報、陸地資源開發、海洋資源開發起到巨大推動作用。導航衛星設在太空的基準點，它能克服地面無線電導航台存在的信號傳播距離有限等一系列缺點，是目前最先進的導航技術。
在太空“制高點”上不僅可以觀地，還能望天。在那裏進行天文觀測不受大氣層影響，使全波段天文觀測變得輕而易舉。天文衛星、空間站就是理想的天文臺。
太空的微重力（重力加速度小於10-4g）是一種寶貴資源，利用這種資源可以進行地面上難以實施的科學實驗、新材料加工和藥物制取等。在微重力條件下，由於無浮力，液滴較之地面更容易懸浮，冶煉金屬時可以不使用容器，即採用懸浮冶煉，因而能使冶煉溫度不受容器耐溫能力的限制，進行極高熔點金屬的冶煉，避免容器壁的污染和非均勻成核結晶，改變晶相組織，提高金屬的強度。微重力條件下，氣體和熔體的熱對流消失，不同比重物質的分層和沉積消失，對生產極純的化學物質、生物製劑、特效藥品，以及均勻的金屬基質複合材料、玻璃和陶瓷等也很有用。
太空旅遊觀光資源。美、日等國已在籌畫建設太空飯店，如果發展順利，進入太空觀賞宇宙美景，回頭觀望人類的搖籃——地球，為期不會很遠了。在月球上發現冰凍水以後，已有人設想在月球上建造度假賓館，到時還可欣賞月球景色。美國一富翁已定于2001年到和平號空間站上旅遊。
開發太陽能資源。目前航天器上的太陽能發電只供航天器本身使用。一些國家已在計畫建造太陽能發電衛星，即太空電站。它可將太陽的光能高效率地轉變成大功率的電能，再把電能用微波或鐳射發往地面給用戶使用。太陽能利用的另一種形式是建造人造小月亮和人造小太陽，為城市和野外作業照明，增加高寒地區的無霜期，保證農業豐產豐收。
開發月球資源。月球上有豐富的氧、矽、鈦、錳和鋁等元素，還有地球上稀缺的、“清潔”的核發電材料氦-3。月球上無大氣影響，以及長長的黑夜和低溫等許多有利的環境條件，是理想的科學研究和天文觀測基地。
開發小行星和彗星上的資源。金屬型小行星上有豐富的鐵、鎳、銅等金屬，有的還有金、鉑等貴金屬和珍貴的稀土元素。彗星上有豐富的水冰。這些資源和月球上的資源可用于建設航太港和太空城，也可供地球上使用。
法國唯一的庫魯航太發射場
世界十大航太基地～
一、甘迺迪航太中心：位於美國東部佛羅里達州東海岸，是美國宇航局（NASA）進行載人與不載人航天器測試、準備和實施發射的最重要場所。
二、西部航太和導彈試驗中心：位於美國西部洛杉磯北面的西海岸，是美國最重要的軍用航太發射基地，航太發射次數居全美之首。
三、拜克努爾發射基地：位於哈薩克斯坦拜克努爾市西南，是前蘇聯最大的導彈和各種航太飛行器發射場地，現由俄哈兩國共同使用。
四、普列謝夫茨克基地：位於俄羅斯白海以南，是世界上發射衛星最多的發射場，占全世界總數一半以上。
五、酒泉衛星發射中心：位於我國甘肅省酒泉以北，是長征系列、中低軌道的各種試驗衛星和和應用衛星的主要基地。
六、西昌衛星發射中心：位於我國西昌市西北，專門用於發射地球靜止衛星。
七、種子島航太中心：位於日本本土最南部種子島，主要用於發射試驗衛星和應用衛星。
八、庫魯發射場：位於南美洲北部法司圭亞中部，是目前法國唯一的航太試驗場所，也是歐空局（ESA）開展航太活動的主要場所。
九、聖馬科發射場：位於肯雅福莫薩灣海岸，是世界唯一的海上發射場，曾多次用美國的“偵察兵”火箭發射小型航太飛行器。
十、斯裏哈裏科塔發射場：位於印度南部東海岸的斯裏哈裏科塔島，是印度的導彈試驗和衛星發射場。
日本種子島航太中心
太空環境、天體環境與航天器環境～
宇宙航行是以整個宇宙空間為活動環境的，因此，我們必須對宇宙環境有一定的瞭解，就像汽車司機要瞭解道路環境，登山運動員要瞭解山地環境，航海人員要瞭解海洋環境一樣。
在人類進入太空以前，對太空環境只能進行推測和理論研究。與人類對飛天的嚮往一樣，人們構想了美麗的“天堂”，現在我們知道，如果“天堂”是指太空的話，就生存環境來說，那是極大的謬誤。
宇宙大爆炸以後，隨著宇宙的膨脹，溫度不斷降低。雖然有恒星向外輻射熱能，但恒星的數量和壽命都是有限的，所以宇宙的總體溫度逐漸下降。經過100多億年的時間，太空已成為高寒的環境。對宇宙微波背景輻射（宇宙大爆炸時遺留在太空的輻射）的研究證明，太空的平均溫度為-270.3℃。
在太空中，不僅有宇宙大爆炸時留下的輻射，各種天體也向外輻射電磁波，許多天體還向外輻射高能粒子，形成宇宙射線。例如，銀河系有銀河宇宙線輻射，太陽有太陽電磁輻射、太陽宇宙線輻射（太陽耀斑爆發時向外發射的高能粒子）和太陽風（由太陽日冕吹出的高能等離子體流）等。許多天體都有磁場，磁場俘獲上述高能帶電粒子，形成輻射性很強的輻射帶。如在地球的上空，就有內外兩個輻射帶。由此可見，太空還是一個強輻射環境。
宇宙大爆炸後，在宇宙中形成氫和氦兩種元素，其中氫占3/4，氦占1/4。後來它們大多數逐漸凝聚成團，形成星系和恒星。恒星中心的氫和氦遞次發生核聚變，生成氧、氮、碳等較重的元素。在恒星死亡時，剩下的大部分氫和氦以及氧、氮、碳等元素散佈在太空中。其中主要的仍然是氫，但非常稀薄，每立方釐米只有0.1個氫原子，在星際分子雲中稍多一些，每立方釐米約1萬個左右。我們知道，在地球大氣層中，每立方釐米含有1010個氮和氧分子。由此可見，太空還是一個高真空環境。
太空環境除有超低溫、強輻射和高真空等特點外，還有高速運動的塵埃、微流星體和流星體。它們具有極大的動能，1毫克的微流星體可以穿透3毫米厚的鋁板。
隨著航太事業的發展，在太空中廢棄的人造地球衛星等航天器也逐漸增多，還有進入軌道的上面級火箭。它們有的被人為遙控炸毀，有的自行分裂成碎片。這些碎片將在一定時期內繼續繞地球飛行，在太空形成“太空垃圾”。太空垃圾的運行速度也較高，對正在使用中的航天器造成潛在的撞擊威脅。
地球之外各天體上的環境，不像太空空間環境那樣千篇一律。就太陽系來說，各行星、衛星上的環境各不相同。它們有的沒有大氣（如水星、月球），有的有稀薄的大氣（如火星），有的有濃密的大氣（如金星、木星），而大氣的成份也各不相同，如金星大氣主要是二氧化碳，木星大氣主要是氫。有的有磁場，有的沒有磁場，有的有固體表面（如水星、金星、火星、月球），有的沒有固體表面（如木星、天王星、海王星），有的表面溫度極高（如金星高達470℃）。而有的表面溫度極低（如冥王星最低達－253℃）。彗星則完全是塵埃冰塊組成的，如此等等。
在太空飛行的航天器，除遇到上述自然環境外，還有獨特的誘導環境，即在太空環境作用下，航天器某些系統工作時所產生的環境。它主要有以下幾種：
極端溫度環境。航天器在太空的真空中飛行，由於沒有空氣傳熱和散熱，受陽光直接照射的一面，可產生高達100℃以上的高溫。而背陰的一面，溫度則可低至-100～-200℃。
高溫、強振動和超重環境。航天器在起飛和返回時，運載火箭和反推火箭等點火和熄火時，會產生劇烈的振動。航天器重返大氣層時，在稠密的大氣層中高速穿行，與空氣分子劇烈摩擦，使航天器表面溫度高達1000℃左右。航天器加速上升和減速返回時，正、負加速度會使航天器上的一切物體產生巨大的超重。超重以地球重力加速度（其符號為g，g=9.8米/秒2）的倍數來表示，載人航天器上升時的最大超重達8g，返回時達10g，衛星返回時的超重更大些。
失重和微重力環境。航天器在太空軌道上作慣性運動時，地球或其他天體對它的引力（重力）正好被它的離心力所抵消，在它的質心處重力為零，即零重力，為失重環境。而質心以外的航天器上的環境，重力非常低微，則是微重力環境。
失重和微重力環境是航天器上獨有的環境。在失重和微重力環境下，氣體和液體中的對流現象消失，浮力消失，不同密度引起的組分分離和沉浮現象消失，流體的靜壓力消失，液體僅由表面張力約束，潤濕和毛細現象加劇等等。總之，它造成了物質一系列不可捉摸的物理特性變化，提供了一種極端的物理條件。利用這些地面上難得的環境條件，可進行許多地面上難以進行的科學實驗，生產地面上難以生產的特殊材料、昂貴藥品和工業品等。
"國際空間站空間實驗室"主要在觀察太空環境下的實驗及結果，與地面環境下的實驗及結果有何不同。實驗時間最長的是在溫室內種小麥，觀察小麥的生長和成熟情況。由於小麥可以為長期太空飛行提供氧氣和食物，因此實驗的意義非常重大。