公元2250年,火星。
火星是太陽系的第四顆行星,也是地球的姐妹行星。火星與太陽平均距離為1.52AU(天文單位),與地球的平均距離為2.25億公里。在地球,火星肉眼可見,亮度可達-2.9,只比金星、月球和太陽暗,但在大部分時間裡比木星暗。
在光禿禿的火星地表,一個叫做古田的地方,有一個外表看起來光滑圓潤的小城市,一面五星紅旗在城市上空高高飄揚。這裡是火星的冶金城,由中國聯合一帶一路國家聯合興建,已經成功運營數十年之久。
城中有多個金屬冶煉廠。火星的氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂等金屬氧化物礦物資源,可以利用原位合成的氫氣(或一氧化碳)等物質進行還原反應,提煉出金屬單質,並進一步製備出所需製品。因為能源非常短缺,所以在火星表面提取金屬的難點在於儘可能少地消耗能源。
這裡的建築與地球上那些方方正正的高大樓房截然不同,都比較低矮,而且是圓乎乎的弧形表面,看起來像是一口口倒扣的大鐵鍋。之所以搞成這種造型,不單是為了好看,更主要是這裡的風沙太大。
它們的材料也並非金屬,而是厚重的低溫燒結磚塊,裡面添加了防輻射材料。其目的一是為了防曬,二是為了防宇宙射線,因為火星上幾乎沒有地磁場,也幾乎沒有大氣,陽光的紫外線非常強烈,宇宙射線中的高能粒子更是可以長驅直入。
這裡除了成片的建築,還有筆直的街道,將城市分為幾個大區,每個大區的建築形態和密度雖然各有不同,但卻有著相同的特色,如果沒有地圖很容易迷路。路上有不少車輛和機器人來回穿梭,但卻看不到一個行人。
實際上整個城市裡沒有一個人類,全部都是機器人和智能機器。這些冷冰冰的機器雖然有著很高的智能,但也並非完全自主運轉,它們都是聯網運行,通過附近的通信塔以及天上的網際網路衛星,接受位於同步軌道的控制中心的指揮。
控制中心是個巨大的綜合型空間站,裡面有十幾家冶金單位,員工及家屬加起來有數千人,其正式名稱是中國火星冶金集團,它的GG語是「點火(星)成金」,所以大家習慣稱其為「點金洞」。
人類很早以前就幻想在火星建造城市並移民過來,很顯然現在建造城市的夢想已經實現,但並未在這裡工作和生活,而是生活在天上的空間站里,通過通信衛星的高速寬帶網絡遙控指揮這裡的一切。
古田北方不遠有個叫齊都的地方,原本是一個大坑,現在已經成為一片石頭堆,這些石頭其實是從遠處的礦山採集而來的礦石,其中以隕石礦居多,含有豐富的銅、鎳、鐵、金、鉑族元素。
火星表面地質介於地球上的玄武岩和安山岩之間,故而其形成的礦物類似於在地球上發現的礦物,且火星火山多發的特點十分有利於礦物的富集。從元素構成上看,火星土壤及礦物富含鐵、矽、鎂、鈦、鎳、鋁、硫、氯、鈣等元素。
從礦物品種構成上看,火星礦物種類較為豐富,主要包括:頁矽酸鹽礦物(如高嶺石、蒙脫石、雲母、蛇紋石等),長英礦物(如石英、長石、熔料長石等),碳酸鹽礦物(如六水方解石、文石、鐵白雲石等),硫酸鹽礦物(如黃鉀鐵礬等),鎂鐵質礦物(如橄欖石、輝石、斜輝石、單斜輝石等),石膏、高氯酸鹽以及其他鹽類礦物。
實際上,火星上缺少地球上的大多數礦產。原因是火星沒有水圈和生物圈,而它們造就了地球上的大部分礦物,地球上目前所知的4400種礦物中,有2900種與生命息息相關。這些礦物所形成的礦床是火星不太可能出現的,比如條帶狀鐵礦(目前地球上80%的鐵礦石都來源於這種礦物),以及孔雀石和藍銅礦(銅的氧化物礦物)等等。
礦物在齊都進行初步的分揀,然後通過火車運往古田的冶煉廠。兩地之間有專用的運輸線路,運行的是無人駕駛的核動力火車。
粗煉後的金屬材料運往西北方向的天柱山發射場,打包後裝進「飛天」號運輸飛船,擇機發射升空,交付給位於同步軌道的「點金洞」,到那裡進行提純精煉,並鍛造成各種合金,然後交付客戶使用。冶煉的礦渣,則送往南方的漠河填埋,古田與漠河之間也有鐵路相連。
古田、天柱山、漠河基本構成一個三角形,處於其中心的地方名喚楊柳青,那裡有個核聚變電廠,是這一片區域的電力中心。火星上非常寒冷,不用操心核電廠的冷卻問題,在任意地方都可以建設。
這裡提到的地名都是官方命名,在火星上是真實存在的。
中國第一枚火星探測器「天問一號」任務環繞器的中解析度相機,於2021年11月至2022年7月曆時8個月,實施了284軌次遙感成像,對火星表面實現了全球覆蓋。地面應用系統對獲取的14757幅影像數據進行處理後,得到火星全球彩色影像圖。
科學研究團隊通過火星高分影像,識別了著陸點附近大量的地理實體,國際天文聯合會根據相關規則,將其中的22個地理實體,以中國人口數小於10萬的歷史文化名村名鎮加以命名,將中國標識永久刻印在火星大地。
2023年4月24日,在第八個「中國航天日」當天,國家航天局和中科院聯合發布了中國首次火星探測火星全球影像圖。影像圖上,22個地理實體以中國歷史文化名村名鎮命名,其中有16個環形地貌、3個穹丘、2條「溝」、1個方山。
再後來,在決定在火星建立採礦和冶煉系統以後,相關專家選擇了位置比較好的古田、齊都、天柱山三地,充分利用火星本地的原材料,分別建立了冶金城、礦料基地和發射場,並在周邊配套建設了能源基地、通信塔等,其後用飛船運來了各種智能化設備、車輛、機械和機器人,聯調聯試一次成功,前後花了14年之久。
之所以花了這麼長時間,跟火星上的惡劣條件分不開,可以說困難遠超想像。
許多人聽到「火星」這一名稱,以為那裡像撒哈拉沙漠一樣,十分的炎熱,其實火星非但不熱,而且還十分寒冷,表面溫度在-123~27℃之間變化,常年平均溫度在-23℃左右。
作為對比,我國最北端漠河縣的年平均氣溫有-5.5℃。地球北極的年平均氣溫為-10℃左右,最低紀錄為-70℃。南極的年平均氣溫為-25℃至-30℃,最低紀錄是-90℃。顯然,火星上跟地球的南極差不多冷,甚至更冷。
火星之所以叫火星,不是因為熱,而是因為在地球上用天文望遠鏡看過去,它通體通紅,像燃燒的火球,所以人們把它叫做火星。而且火星的亮度並不固定,時亮時暗,位置也不確定,在天空中在東西方向來回運動,規律讓人捉摸不定,十分迷惑。因此古人也將火星稱為「熒惑」,意為「熒熒火光,離離亂惑」。
實際上火星更像個生了鏽的鐵球,其橘紅色外表是因為地表被赤鐵礦覆蓋,其土壤中含有大量的氧化鐵。但火星之所以通體通紅,不單是因為土壤紅,更是因為火星上一年有兩百多次的風暴。有時沙塵暴肆虐,整個星球籠罩在瀰漫的紅色沙塵中。即使沒有風,空氣中仍然有紅色塵土漂浮,將天空染成粉紅色,從遠處看起來自然也就通紅。
那麼火星地表為什麼會被赤鐵礦覆蓋呢?
科學考察發現,火星存在大區域的磁異常條帶和局部殘餘磁場、高聳的火山、廣泛分布的干河床等流水地貌、大量的湖泊和古海洋遺蹟等,都指示火星曾經可能有過類似地球的全球性磁場、強烈的火山活動、濃厚的大氣和暖濕的宜居環境。
據研究火星的年齡約45億歲,而在距今約30至40億年前的少兒期,火星跟地球一樣,位於太陽系的宜居帶內,地質作用活躍,經常爆發火山,紅色的岩漿布滿地表,液態水活動廣泛分布,可能有稠密的大氣層,大氣活動頻繁,並伴隨風暴,被認為是太陽系中除地球之外最有可能形成生命的天體。
但不知何故,火星的心變冷了,變成了一個寒冷的沙漠星球,南半球是古老、充滿撞擊坑的高地,北半球則是較年輕的低地平原。遍布撞擊坑、峽谷、沙丘和礫石,沒有液態水,缺少火山活動。狂風肆虐,紅色的沙塵漫天飛舞,幾乎所有的地表都被紅色塵土覆蓋。
火星的地磁場幾近消失,終日遭受強烈的宇宙射線輻射。同時火星的大氣非常稀薄,密度只有地球上空氣的1%,大氣以二氧化碳為主,稀薄缺氧。不過比金星和水星要好許多,火星上面有稀薄的氧氣,是太陽系中除了地球以外,唯一擁有氧氣的星球。
總而言之,這個星球環境過於惡劣,根本不適宜生命的生存和繁衍,而且以人類的能力,也不具有被改造的可能。所以只能建造無人礦場和無人工廠,而人類則跑到同步軌道的空間站生活。
在有了第一座地面城市之後,中國又在其它富礦地區建造了另外兩座,依然都是無人礦場+無人工廠+無人發射場模式。因為有了經驗,這兩座城市的建設周期可就短多了,第二座城市用了10年,第三座城市只用了6年。
雖然人類為了採集礦物,在火星表面建立了城市,使火星上有了人類文明的痕跡,乍一看也挺熱鬧的,但由於缺少人類存在,所以火星總體上依然是一個異常冷漠荒涼的星球。
古田冶金城,中午時分,最大的一棟建築,大門打開,一隊機器狗從裡面魚貫而出。哦,不,它們比狗大多了,稱為機器驢才對。機器驢共有16頭,成一列縱隊,身上都馱著兩個大箱子,每隻箱子的重量在五十千克左右,裡面是粗煉的金屬材料。
機器驢隊形嚴整,在頭驢的帶領下,邁著整齊的步伐,嫻熟的穿過條條街道,一路向西北方向前進,出城後繼續前進,一個小時後,終於到達天柱山發射場。此時一架國產「飛天」號運輸飛船已經進入待發射狀態。
原來機器驢是專門來送貨的。火星上的氣候惡劣,空氣稀薄,一般的飛行器難以使用,而這個距離不算太遠,而且每次的貨運量不大,也不值當修路,所以乾脆用機器驢來送貨。
這些機器驢都是電驢子,可比汽車好使,因為對地形沒有要求。據說這些機器驢都是根據甘肅慶陽驢的外形製造的。慶陽驢是中國名驢,其個頭中等,體長稍大於體高,體格粗壯結實,結構勻稱,四肢端正,關節明顯,蹄大小適中而堅實,性情溫馴,行動靈活。
之所以選擇在中午時分送貨,主要是因為火星氣候太冷,只有中午時分外面的氣溫升高後,智能機器才可以進行戶外活動。
機器驢來到飛船下方卸下貨物,搬運機器人將其搬入電梯,電梯啟動,一直上升,直到到達頂部的貨倉,貨物轉移進貨倉,並被牢牢固定好。如此連續四次,貨物才被轉運完畢。
機器驢已經排著嚴整的隊形,離開了發射場,返回冶金城。
電梯收入發射架,飛船進入發射倒計時……
10,9,8,……倒計時結束,「飛天」號點火升空,方向直指「點金洞」。
「飛天」號運輸飛船比地球上的運輸飛船要小得多,原因當然是因為火星比地球小得多。火星直徑約是地球的一半,體積為15%,質量為11%,表面積相當於地球陸地面積,密度則比其他三顆類地行星(地球、金星、水星)還要小很多。
以半徑、質量、表面重力來說,火星約介於地球和月球中間:火星直徑約為月球的兩倍、地球的一半;質量約為月球9倍、地球的1/9,表面重力約為月球的2.5倍、地球的2/5。
不但表面重力小,而且它的同步軌道也低,在火星赤道上空大概1.7萬千米的高度(地球的是3.6萬千米)。所以與地球相比,運輸同樣的物資,火星的運輸飛船可以用少得多的燃料,因此運輸成本大大降低。
限制飛船發射的,主要是火衛一,必須選好時機,否則有可能與火衛一相撞。
火星的天然衛星有兩顆,較大的一顆是火衛一,距火星表面不到6000千米,一天圍繞火星3圈。火衛二要遠得多,距火星23459千米,周期30小時18分。兩個衛星都由富碳岩石組成,形狀不規則,都有很深的地坑,懷疑是火星捕獲的小行星。
由於火衛一的軌道低於同步軌道,潮汐力使它的軌道越變越小,據估計大約5000萬年後,火衛一不是撞向火星,便是分解而成為石環。與此相反,火衛二因為引力不足,正在逐漸遠離火星。
「飛天」號是可重複使用的飛船,與太空梭類似,已經安全飛行二十餘次,可謂輕車熟路。幾個小時以後,它到達了「點金洞」所在位置,並順利完成對接,運送的金屬材料被傳輸至「點金洞」內部廠房,技術人員將在那裡完成進一步的提純,並形成各類合金。
在太空的微重力環境下,冶金具有地面不可比擬的優勢。太空沒有空氣,引力極小,所有金屬都懸浮在空中,不和爐壁或坩堝在高溫下接觸,不會受到外來雜質污染,因此冶煉出的材料特別純。
只要將金屬放到一個磁場內,讓其懸浮在空中,再用雷射照射使其熔化,金屬塊立即就會發出耀眼的光芒,並變成一個液體小球,宛如懸在空中的小太陽。當停止雷射照射時,金屬自行冷卻,就能形成一個比滾珠還要圓的球形單晶金屬。
同時因為沒有重力的影響,不同材料之間不會因為重力作用出現分層,可以混合得非常均勻,故而能夠製造出在地面上無法實現的特種合金和高熵合金。還可以在金屬熔液中摻入氣泡,由於氣泡不會由於浮力作用向上運動,故能形成非常奇異的泡沫金屬(如泡沫鋼),可用於消聲、電磁屏蔽隱身、高效散熱、緩衝吸震、過濾等等。
總之,太空冶煉廠可以煉製出那些很難熔化的金屬,提煉非常純淨的大塊晶體,加工滾圓滾圓的鋼珠,製造輕得能浮在水面的泡沫鋼,細得用放大鏡才能看得到的金屬絲,薄得透明的金屬膜,等等。
完成任務之後,「飛天」號與「點金洞」脫離,自動返回火星地表,準備再一次的發射。