英文原文：THE 12 GREATEST CHALLENGES FOR SPACE EXPLORATION
亿万年前祖先们漂洋过海发现新大陆，今天我们脱离地球探索太空，是什么让我们对「作死」的探险之路如此着迷，星际旅行必读攻略。
人类起源于非洲。但是亿万年前，人类的祖先经过漫长的迁徙走出非洲大陆，为了渡过海洋，他们发明了船只，经过漫长的航行到达未知的岛屿。这种探索未知之地的本性一直延续下来，这就是今天我们为什么会去探索月球和星空，一直在好奇「那些未知之地有什么？我们如何到达？也许我们有一天能够抵达。」
造船在当时算是很前沿的技术，航海者们精心计划这些昂贵而且危险的旅程，为了发现未知的世界，他们中的很多人付出了生命的代价。是什么力量在支持他们这么做？并且太空比海洋更难涉足，逃离地球引力比驶离海岸要花费更多的精力和财力。
也许是为了获取太空「副产品技术」，即现在地球上使用的大大小小的太空技术，小到一些便利的科学小产品，大到一些可以解决百万人温饱问题、防止致命灾害或治病救人的重大发现。
也许我们应该保持危机感，是时候要寻找地球以外可以宜居的星球，如果大家有注意最近的天气的话。我们不能将鸡蛋都放在一个日益脆弱的篮子里，重蹈陨石撞击地球后恐龙灭绝的覆辙。
也许这对我们来说是一件好事，让人类团结起来去共同完成的一件伟大事业，不需要杀戮和战争，同时也让我们更多的了解我们赖以生存的地球家园，了解我们要想在地球上继续生存下去就必须要做的事。
也许离开太阳系是个好计划，如果足够幸运，55 亿年以后人类还在生存的话。那时候太阳会不断膨胀，地球会被烤焦。
然而探索宇宙进行星际旅行是一项巨大的、危险的，几乎不可能完成的事，但是困难不能阻止人类探索的脚步。目前我们在寻找的一些离开地球向宇宙进军的方法，如建宇宙空间站，建月球基地，将来还要在火星上建城市，在木星行星建太空栖息地，甚至是探索太阳系以外的宇宙。正如科幻小说界最高荣誉雨果奖和星云奖的获得者 Ann Leckie（著有太空科幻小说《Ancillary Justice》）所说：「人类诞生在地球上，但是我们会一直呆在地球上吗？我怀疑并且希望不会。」
问题一：脱离地球，如何克服重力
离开地球有点像闹离婚：你想速速搞定，带越少的行李越好。但是遭遇的阻力巨大，尤其是重力。如果一个物体想要脱离地球表面自由飞翔，它的逃离速度必须达到每小时 25000 英里。这也就意味着将耗费巨额的金钱，仅仅是发射好奇号火星探测器就需要 2 亿美元，并且这只是整个任务的十分之一而已。
其次，完成发射任务要尽量减轻重量，而载人任务往往还要负重维持生命所需的供给，因此只能通过采用合金金属和纤维材料来减轻重量，同时采用更有效率的混合燃料为助推器提供巨大的升空推进力。
最后要靠重复使用来降低成本，据美国宇航局高级概念办公室的技术助理 Les Johnson 所说，随着发射数量增加，成本会越来越低，这就是有效降低成本的关键，例如 SpaceX 的猎鹰九号火箭的设计，就能够实现重复多次的发射。
去太空的次数越多，花费就越便宜——Nick Stockton。
问题二：我们的飞船太慢，如何提供推进力
在太空中飞驰其实很容易，毕竟真空没什么阻力，因此如何发动就是头等大难题。物体越巨大，所需的推进力就越大，更何况是火箭这种巨大的物体。化学推进剂能提供初始的推进力，但是燃料几分钟就会燃尽，之后要到达月球或者木星还需要五到七年的时间，推进力的提供需要一个更新的方法。 如上图所示，火箭专家们已有的，或正在研发的，或想象的推进力提供方式。
问题三：太空的雷区，危险的太空垃圾
试想，你已经成功发射一枚火箭进入轨道，但是在进入外太空之前，一旦突然冒出来的卫星残片罩住第二级燃料箱，就会造成灾难性的结果。太空残骸的问题是非常现实的，美国太空监测网络监测到，地球周围大约飞驰了 17000 个垒球大小的物体，并且运动速度达每小时 17500 英里。如果算上 10 厘米以下碎片，就有将近 50 万个。这些适配器、透镜盖大小的物体，甚至一小片油漆，都能在关键的系统上撞出一个弹坑。
由金属和芳纶纤维构成的多层「惠普尔盾牌」能够起到保护作用，防止小碎片的撞击造成破坏，但如果撞击的物体是一整个卫星就无计可施了。我们能通过计算控制避免危险的路径，但是目前跟踪技术还不完善。
并且，靠外力将物体从太空拉出轨道非常困难，因此从现在开始，所有的卫星都不得不自行脱离轨道，投弃多余的燃料，然后在进入大气层时使用火箭推进器或者降低太阳帆角度的方法。最后我们会遭遇凯斯勒现象：一次的碰撞导致更多的碰撞，直到太空里堆满了垃圾，没有物体可以飞行为止。欧洲太空署太空碎片办公室主任 Holger Krag 认为，也许要一个世纪，或者更快就会爆发太空战争，如果有人开始清除敌方的卫星，这将会是一个灾难。
未来的太空旅行需要：世界和平——Jason Kehe。
问题四：没有 GPS 定位，太空如何导航
分布于加利福尼亚、澳大利亚和西班牙的天线阵集合——深空网（DSN）通讯体系是目前唯一的太空导航工具。从学生工程卫星到新视野号能够漫步在柯伊伯带（数十亿颗在海王星轨道之外绕行的小型冰体构成的碟形带）上，这一切都要依靠导航。地球上的超精密原子时钟会测量信号从深空网到航天器的往返时间，导航通过该时间来确定航天器的位置。
但是随着越来越多的航天任务，深空网开始变的堵塞，接线总机运行非常忙碌。因此在近期，美国航天局正在致力于给系统「减负」，研究航天器自带原子时钟，完成单线的距离计算，而将传输时间减半，并且更高带宽的射线能够掌控更大的数据包，如图像和影像信息。然而火箭离地球越远，这个方法的可靠性就越低。虽然无线电波以光速传播，但是传送到太空深处仍需要数个小时。
星星能够告诉我们往哪儿走，但是在太空中我们无法通过遥远的星星来确定自己的位置。在未来，深空导航专家 Joseph Guinn 想要设计一个航天器自主导航系统，能够收集目标和附近物体的图像，然后通过他们的相对位置建立一个太空飞船的三维坐标系，这样就不再需要地面控制。Guinn 说：「它就像地球上的 GPS，就像你在自己的汽车上安装一个 GPS 那样，问题就解决了。」
太空导航系统应该称为深空定位系统，简称 DPS——Katie M. Palmer。
问题五：太空太大，而曲速引擎只是设想
人类发射的速度最快的太空探测器是太阳神 2 号，美国宇航局在 1976 年 1 月 15 日发射的太阳神 2 号探测器，于 4 月 17 日抵达环日轨道并对太阳展开研究，太阳神 2 号的飞行速度达到每小时 15.7 万英里，大约为每小时 24 万公里，这几乎比一颗子弹快 100 倍，即使是这样的速度，想要到达地球最近的邻居恒星——半人马座阿尔法星——也需要一万九千年，所以这得是一个几代人的飞船，且没有人会梦想去太空这样一个地方老死。
也许在解决了聚合燃料发动机后，我们就能搭载太阳神 3 号核聚变燃料飞船到达木星。或者物质、反物质湮灭反应的方法更有发展空间，但是粉碎那些颗粒很危险，美国宇航局高级概念办公室的技术助理 Les Johnson 从事关于这些疯狂的星际飞船概念的研究，他称这是我们在地球上不能想像的事，即使在太空深处发生事故，也不会毁灭一片大陆。如果利用太阳能，所需的就只是一片德克萨斯州大小的「帆」。
还有更玄妙的方法，用物理理论解开宇宙的奥秘。物理学家米给尔 · 阿库别瑞于 1994 年提出，波动方式展延空间，导致航天器前方的空间收缩而后方的空间扩张，前后所连成的轴向即为船想要航行的方向，空间发生扭曲后，我们就能像《星际迷航》中那样在星际空间中完成瞬间穿越。
人类还需要更多像爱因斯坦一样的科学家来研究诸如大型强子对撞机之类的领域来解决这些理论难题。Johnson 说：「我们取得一些重大发现是完全有可能的，但是不能指望这些突破来挽救一切。」我们还需要给美国航天局，给粒子物理学家们更多的资金支持。到那时，地球周围的太空会有很多像太阳神 2 号一样的航天器，围绕在衰老的地球周围，毫无意义的运转下去。
问题六：只有一个地球，是走还是留
几十年之前，科幻小说作家 Kim Stanley Robinson 曾勾画出一个科学家在火星上建立的乌托邦世界，他的《火星三部曲》描述了一个人类太空移民的计划。人类探索外空的理由除了科学，还有一些不为科学家所认可的精神意义上的原因，人类灵魂深处的开拓精神和宿命感。据在美国宇航局负责设置卫星探测次序的 Heidi Hammel 所说，自从新视野号探测器去年 7 月经过冥王星，我们的探测工作已经初步覆盖太阳系各个主要的天体环境，这一发现迅速成为举世欢庆的热点，占据当天各大新闻的头条。
至于宿命感，历史学家更有发言权。西方的殖民扩张是在掠夺土地，探险者们则是为了寻找资源和财宝，人类的探险与迁徙最终服务的是政治和经济的意图。同理，Robinson 认为如果人类认为可以任意破坏地球之后，逃去火星或者其他星球获取资源，会造成严重的道德危机，而且没有人知道，地球是否是宇宙人类唯一可以生存的星球。如果要离开地球，希望不是因为迫不得已要逃离，而是我们出于使命感想要探索。