简介
英国著名天文学家、世界级太空旅行专家克里斯·英庇颠覆式新作。本书讲述了人类从走出非洲到飞出地球的史诗般历程，揭示了冒险基因如何驱动人类的进化，以及人类将来如何在地球之外的浩瀚宇宙中繁衍生息。
在《人类为什么要探索太空》这本书中，作者结合了专业的天文学知识和前卫的技术，带我们回顾了太空探索事业的过去、现在和未来，从最早的天文学家到今天的前沿研究人员，从人类早期的飞天之梦到今天的火箭技术，从人类第一次登陆月球到未来的星际旅行，甚至移民太空，成为银河系公民及其所需的技术，每一部分都是一个精彩的科幻故事，内容翔实而有趣。如果你对人类的命运和群星灿烂的未来感兴趣，《人类为什么要探索太空》是不二之选。
作者介绍
克里斯·英庇
英国天文学家。1956年出生于英国苏格兰爱丁堡。现为美国亚利桑那大学天文学系副主任，世界级太空旅行专家。
英庇的研究曾得到美国国家航空航天局（NASA）和美国国家科学基金会（NSF）的资助，所获资金将近2000万美元。他还是亚利桑那大学杰出教授，曾获得11个教学奖项，并在线讲授两门课程，注册学生人数超过13万。
美国天文学会前副主席，TED演讲人。
部分摘录：
梦碎火箭方程 为什么太空旅行这么困难呢？按照牛顿的估算，这只不过是将物体加速到28 405千米/秒。这种说法与将名画《蒙娜丽莎》描述成一个微笑的女人的画像一样毫无意义。粗略的描述是无法体现这项工作的复杂性和精妙之处的。
在死寂的海面上，当微风拂过，海面会泛起涟漪，平抚心境。千年以前，人们就知道，如果你能用帆布或者船帆捕获风，风就会推动你向前。从罗马人到维京人的大型船只都用横帆来捕获风，再运用人力划桨来加强动力。但1 000多年前来往于地中海的水手们通过实验发现，三角帆几乎能让船只顶风航行，而且使用多张帆时效果更好。然而，在顺风时，横帆船的速度无法超过推动它前进的风的速度。现代游艇的速度能比风速快好几倍，即使在几乎逆风而行时也一样。
1738年，瑞士科学家丹尼尔·伯努利（Daniel Bernoulli）就这一情况做出了解释。伯努利是著名的伯努利家族的一员，这个家族盛产数学家和科学家。其中的物理原理是，在任何流体中，流体流速变大都伴随着压力变小。风被迫扫过弯曲的帆面时，帆前方的风速比帆后方的风速快，因而帆前方的压力就会减小，帆后方的压力就会增大，这个压力差推动着帆船前进。
现在，我们假设帆是横的。如果横帆能通过空气推进，那么它在向上的方向上就会受到相同的力。飞行原理是以几百年前总结出的牛顿物理学为基础的。
飞行中的物体，比如鸟、飞机或者火箭，一直在持续不断地与相反方向的力做斗争。引力，这一向下的力是无法避开的敌人。向上的力是升力，来自流经翅膀的空气。向前的力是推力，由鸟类的肌肉或者飞机的发动机提供。推力的反作用力是阻力，来源于空气的阻碍，通过精心的空气动力学设计，我们可以将阻力降到最小。
人类的飞行始于气球。对于气球而言，推力来自风的冲击，升力来自密度比空气小的气体的浮力。3世纪时，中国人就发明了热气球来传递军事信号，同时，他们还发明了“火箭”。1783年，让-弗朗索瓦·德罗泽尔（Jean-Franҫois de Rozier）和达兰德斯侯爵（Marquis d’Arlandes），乘坐由蒙哥尔费（Montgolfier）兄弟设计的热气球，在法国乡间飞行了8千米，这是人类第一次升空飞行。他们恳求法国国王路易十六赐予荣耀，因为路易十六曾经颁布法令，规定第一个试飞员必须是已判决的罪犯。在气球所能达到的最大高度，即使是最轻的气体氦气(6)也无法在稀薄的空气中产生浮力。2012年，奥地利极限运动员菲利克斯·鲍姆加特纳（Felix Baumgartner）乘坐气球，上升到了3.9万米的高空，这个高度几乎接近气球所能到达的极限高度，是民航飞机飞行高度的3倍。他身着增压服，从气球上跳了下来，并迅速下落。在自由下落的4分钟时间里，他突破了声障，速度达到了1 358千米/小时左右。8
谨慎地讲，动力飞行开始于1903年，当时奥维尔·莱特（Orville Wright）在离地面几米的高度，以慢于跑步的速度飞行了大约36米。莱特兄弟从鸟类的行为中受到启发，并针对不同的翼形和轮廓开展了大量试验。平板机翼能产生升力，但现代机翼设计模仿鸟类和船只，设计成了向上弯曲的曲面。莱特兄弟用云杉木制造飞机，用自行车链条来驱动两个手工制作的推进器，发动机也是定制的，因为当时现有的汽车发动机都不合适。莱特兄弟通过抛硬币来决定谁将进行历史性的首次飞行。
整个20世纪，飞机飞得越来越快，越来越高。飞机的推力先是来自改装后的汽车内燃机，这种内燃机能带动螺旋桨。20世纪中期，这种动力来源的飞机飞行高度约为16千米，速度达到了720千米/小时，后来就被喷气式飞机取代了。喷气式发动机是英国皇家空军军官弗兰克·惠特尔（Frank Whittle）设计出来的，他克服了严重的健康问题才成为飞行员。他发明的发动机先吸入空气，空气经涡轮机压缩后与燃料混合燃烧，最后通过喷嘴高速喷出燃烧的气体。在飞机飞行高度高、速度快时，这类发动机的效率最高。喷气式飞机将飞行高度和速度的纪录，提高到了惊人的56千米和3 524千米/小时，这一速度是声速的3倍还多(7)。9
对太空的探索，将我们带回到以探险为驱动力的民间努力和军方的影子世界之间的紧张关系之中。例如，“黑鸟”SR-71战机等美国军用飞机的最高速度是机密。美国空军制造了一系列绝密战机，甚至连政府、军事人员和国防承包商都不知道这些战机的存在，其中就包括3马赫的黑鸟战机、F-117夜鹰隐形飞机和B-2轰炸机。所有这些都是吸气式喷气飞机，无法飞入太空。
喷气式发动机在高度超过100千米的高空是无法正常运行的，此高度的空气非常稀薄，只有海平面的两百万分之一。这个高度被称为卡门线（Kármán line）。在此高度上，飞机必须以轨道速度飞行才能产生足够的升力以保持在空中。太空是没有边界的，地球大气层向外太空逐渐过渡到真空。近地轨道的高度从大约160千米往上，在这个高度以下，稀薄的大气会产生足够的阻力，使得卫星轨道下降，最后卫星在大气层中烧毁。国际空间站的轨道高度达到了惊人的400千米。
然而，军方的确有一系列项目涉及由火箭提供动力的飞机，其中一些项目是保密的。X系列试验飞机（X-planes）始于贝尔X-1试验机（Bell X-1），后者于1946年首飞。1947年10月14日，查克·耶格尔（Chuck Yeager）上尉驾驶X-1试验机飞越加利福尼亚州的莫哈韦沙漠（Mojave Desert），成为第一个以超声速飞行的人。当这则禁止发布的新闻出现在《航空周刊》（Aviation Week）和《洛杉矶时报》（Los Angeles Times）上时，有关记者受到了被起诉的威胁，当然最后他们并没有被起诉。10耶格尔从来没有上过大学，但他升到了准将军衔，进行了几十次试验飞机的飞行，并创造了2.4马赫的飞行速度纪录。在创造了这些前所未有的速度纪录后不久，他驾驶的X-1变得非常不稳定，在50秒内突降了15 240米。在正常着陆前，耶格尔及时控制住了飞机。他简朴、低调的风格通过电影《太空先锋》（The Right Stuff）铭刻在了流行文化中。11
1959年，美国空军推出了有史以来飞行速度最快的X-15试验飞机。X-15是一种空天飞机，这是一种在地球大气层中能像飞机一样工作，在太空中又能像宇宙飞船一样飞行的飞行器。X-15下降时是无动力的滑翔降落。1967年，皮特·奈特（Pete Knight）上尉驾驶X-15飞行，速度达到了6.7马赫，这个纪录保持了近半个世纪。与耶格尔一样，奈特也经历了死里逃生。在一次飞行中，所有机载系统都失去了动力，他不得不驾驶X-15从5.2万米的高度紧急降落。12
美国空军和美国国家航空航天局合作研发了X-15，但当后者选择擎天神火箭和红石火箭作为“水星计划”的运载火箭，并将第一批美国人送入太空时，双方发生了分歧。8位空军飞行员驾驶X-15飞到了足够高的高度，从而获得了宇航员资格，其中就包括尼尔·阿姆斯特朗，他后来成为第一个踏上月球的人。13X-15只有3架，总共执行了199次飞行任务。一位飞行员在1.8万米的高空进行超声速旋转时，其驾驶的飞机发生解体，他也因此丧生，飞机残骸撒落的范围超过了130平方千米。
其他的空天飞机包括美国国家航空航天局的航天飞机、俄罗斯的“暴风雪号”（Buran）航天飞机（1988年飞行过一次）、伯特·鲁坦（Burt Rutan）的“太空船1号”（SpaceShipOne，2003—2004年间飞行过17次），以及X-37。X-37是一个旨在研发可重复使用的太空技术的项目，1999年由美国空军启动，于2004年转交给美国国家航空航天局负责。不妨将X-37看作航天飞机的更先进、更小且无人驾驶的版本。X-37和航天飞机一样，但和美国其他空天飞机不同，它是真正的轨道飞行器，能达到最小160千米的高度。14X-37只飞行了3次。2011年，波音公司宣布了一项升级版计划，升级版的货舱的增压隔舱最多可搭载6位宇航员。
X-37是一个绝密计划，对于它在轨道上能做什么，人们只能靠猜测。一个有趣的地缘政治式的讽刺是，发射X-37的擎天神火箭的第一级用的是更强劲的俄罗斯RD-180发动机。2014年年初，在乌克兰局势日益紧张之际，俄罗斯国防部长宣布不再为美国军方的发射提供火箭发动机。波音公司只得从擎天神火箭转向美国制造的“德尔塔”（Delta）系列运载火箭，后者的推力超过了445万牛顿。
这听起来似乎很简单：只要用够大、动力够强的火箭，就能走出太空探索的低潮期。但还存在一个问题，这个问题将我们带回到了康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基的火箭方程。
齐奥尔科夫斯基的火箭方程告诉我们，火箭的最终速度只取决于燃料燃烧后的排气速度和燃料与有效载荷的质量比。无论你将火箭设计得多么巧妙，无论你的火箭发动机多么精巧，都会受到火箭方程的控制。坏消息是，最终速度和燃料与有效载荷的质量比成对数关系。如果将燃料的质量增加1 000倍，速度只能提高到原来的7倍。在火箭上装载的燃料越多，就会有越多的能量浪费在推动多余的燃料上。化学燃料的最高排气速度大约为4 000米/秒。因此，火箭方程告诉我们，要想达到轨道速度，所需燃料的质量必须是有效载荷的10倍。很多梦想都因火箭方程而破灭。
