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人类什么时候能移民火星?只需做好这八步

2017-4-12 21:52| 发布者: 伤我心太深| 查看: 500| 评论: 0

  人类什么时候能移民火星?美国前任总统巴拉克·奥巴马于2016年10月11日在美国有线电视新闻网(CNN)的一篇专栏文章中写道:“我们已经为美国航天业的未来设定了一个明确而又至关重要的目标:在21世纪30年代将人类送上火星,并且使他们安全地返回地球,最终实现在火星上长期生存。”


  随着奥巴马重申在未来二三十年内使人类到达火星的雄心勃勃的目标,美国的登陆火星的计划终于确定。那么下一个问题来了:怎样才能够到达火星?


  美国航空航天局已制订出前往火星旅行的详细计划。位于美国首都华盛顿市的乔治·华盛顿大学艾略特国际关系学院太空政策研究所的政治科学与国际事务名誉教授约翰·洛格斯顿说,如果这个期限延长到21世纪30年代的最后一年,那么到达火星的计划是可以实现的。

  


  其他专家则认为奥巴马设定的时间表不够大胆。美国的一家非营利组织—火星协会—的创始人兼主席、著名航空航天工程师、先锋航天公司总裁、《前往火星:登陆红色星球的计划》的作者罗伯特·祖布林说:“与1961年制订计划将人类送上月球却在8年后才实现目标相比,如今我们距离登陆火星的目标更近。下一任总统应该宣布一个雄心勃勃的目标:在2020年或者2024年到

  达火星,否则登陆火星的任务将失去先机,太空探索可能会进一步推迟。”

  不论什么时间开始实施登陆火星的计划,在航天员准备出发之前,专家都必须解决如下一些技术问题。


  第一步:拥有把航天员送上太空的美国技术


  目前,美国是依靠俄罗斯的“联盟”号宇宙飞船将航天员送往国际空间站的。未来这种情况将有所改变,因为美国的一些私营航天航空公司正在努力研制载人和载货的航天系统。约翰·洛格斯顿介绍说,由著名工程师埃隆·马斯克建立的美国太空探索技术公司(简称Space X)开发了可部分重复使用的运载火箭,及名为“龙飞船”的载人太空运输系统;美国波音公司也在与美国航空航天局合作研发新型的载人宇宙飞船——CST-100型宇宙飞船。埃隆·马斯克表示,Space

  X研制的用于前往火星的运载火箭可能于2018年发射。



  第二步:建造更大的宇宙飞船



  美国洛杉矶市一家航空航天公司的工程专家布雷特·德拉克说,前往火星的航行需要一艘大型宇宙飞船,它能够搭载多名航天员以及三年往返所需的所有物品和潜在的货物。这家公司是一个非营利性组织,致力为联邦政府研究运载火箭、卫星系统、地面控制系统以及太空技术。


  约翰·洛格斯顿补充说:“将宇宙飞船上的全体航天员送上火星意味着该飞船必须具有更大的有效载荷,因为需要运载往返的燃料及物资。要知道,火星上可沒有便利店为返程提供补给物资。”


  一种方法是建造巨大的宇宙飞船;另一种方法是首先制造多个较小的模块(其中一些模块可以载人,另一些可以运载物资),分别发射进入轨道,然后在空间进行组装。约翰·洛格斯顿说:“不管选用哪一种,我们都具备了这方面的基本技术。”

  “前往火星的宇宙飞船必须比我们以前建造的任何一艘都大。”罗伯特·祖布林说,“即使如此,也不需要新的科学技术。”

  目前,美国洛克希德·马丁公司正在为美国航空航天局研发一种可以搭乘4人的名为“猎户座”的新型宇宙飞船,它由驾驶舱、登陆舱、返回舱、乘员舱、服务舱以及异常中断系统等组成,直径约5米,重量约23吨。美国航空航天局将利用它进行外太空探索。“猎户座”宇宙飞船已经于2014年12月5日成功完成首次无人试飞,将于2018年进行绕月飞行,为之后的载人航天任务做准备。


  第三步:制造更大的火箭


  将更大的宇宙飞船发射进入太空深处需要使用更大的火箭。据美国航空航天局的专家介绍,他们计划对自行研制的世界上体积最大、动力最强的火箭系统进行第二次测试。该火箭系统被称为太空发射系统(简称SLS),是一种从航天飞机演变而来的超重型运载火箭,其高度和总重量分别达到117米和2948吨。太空发射系统将于2018年建造完成,并将开启人类探索太空的新纪元。届时,太空发射系统将把载有航天员的“猎户座”宇宙飞船送入太空,首个目的地为月球,最终目的地是火星。Space X也在研发重型猎鹰运载火箭,其高度为69.2米,是一种能够将货物和人员送上月球、小行星,甚至火星的可重复使用的大型运载火箭。


  第四步:宇宙飞船的减速和着陆


  宇宙飞船到达火星轨道以后,就需要在这个红色星球上着陆。在过去的航天任务中,摩擦、热效应和降落伞都可以为飞船减速。但对重型宇宙飞船来说,降落伞的制动能力显然是不够的。

  现在,专家在这个问题上取得了进展。例如,Space X展示了用于高速宇宙飞船减速的超音速反向推进器,在着陆时启动发动机进行制动。



  第五步:解决在太空中长期居住的问题


  现在,航天员已经成功地在国际空间站中生活了几星期,甚至几个月,这证明了在火星建立生命维持系统的可行性。这个系统可以为航天员提供安全用水、处理废物,并过滤空气等。专家说,类似的系统也可用于在火星上生活。


  然而,火星与国际空间站不同。国际空间站位于近地轨道,距离地球只有几小时的航程。如果发生什么意外情况,地球上的专家可以前来救援。但是在火星上这是不可能的,因为即使在地球与火星相距最近的情况下,到达火星至少需要6个月至9个月的时间。


  布雷特·德拉克说:“生命维持系统的一个关键进步是提高系统的可靠性。对火星任务来说,系统一旦失效,既不能迅速返回地球修理,也无法完全恢复正常工作。所以,生命维持系统应该在较长时间内(许多年内)具有可靠性,并且可以由航天员维护。”


  第六步:避免致命的宇宙辐射


  参与火星任务的航天员需要保护自己免受两种形式的辐射: 太阳质子事件(或太阳耀斑)和银河系宇宙辐射。据布雷特·德拉克介绍说,第一种辐射可以通过设置专门的遮挡太阳粒子的设备来消除,例如由生命维持系统的给水系统构成的水墙。

  对银河系宇宙辐射的屏蔽显然更加棘手。在外太空,宇宙辐射的强度非常高。然而,美国航空航天局的“好奇”号火星探测器搭载的火星科学实验室对宇宙辐射水平的测量显示,火星表面的辐射水平与国际空间站上观测到的辐射水平相近。约翰·洛格斯顿解释说,国际空间站所处的近地轨道位于两个甜甜圈形状的辐射带(范艾伦辐射带)的下方,它阻挡了许多来自太阳的带电粒子和宇宙射线。

  布雷特·德拉克认为,可以采用快速通过外太空的方法,尽量减少暴露在最高辐射强度下的时间。他说:“在火星的表面比在外太空更安全。”


  第七步:在月球轨道进行测试


  根据美国航空航天局制定的火星之旅的时间表,在正式开始火星任务之前,许多长期太空系统将在月球和地球之间的轨道上进行测试。在2018年至2030年之间的某个时间,美国航空航天局计划发射载人航天器,实施航天员在月球附近进行太空行走的任务。其中一些任务可能持续1年,为登陆火星的壮举做好充分准备。

  约翰·洛格斯顿说,这一计划将为登陆火星任务的所有环节提供测试机会,而且距离地球不会太远,出现问题也可以及时处理。


  第八步:在火星上建造房屋


  一旦航天员到达火星,他们也不能立即返航。约翰·洛格斯顿说,前往火星的航行可能需要6个月至9个月的时间,但只有等到火星和地球运行到相对于太阳比较好的位置,才能够返航。因此,可能需要等待14个月。(为了使返航的距离较短,应在地球与火星处在太阳的同一侧时返航。)


  从某种意义上来说,执行火星任务的先驱者将类似于16世纪的海上探险家,他们远渡重洋,离开自己的祖国很长一段时间。鉴于这一点,在火星上建造永久性居所是具有重要意义的。

  “航天员的确需要在火星表面建立某种栖息地,而不是整天待在宇航服中。虽然看起来这有些困难,但美国拍摄的科幻电影《火星救援》中就相对真实地描绘出未来的火星生活设施。”约翰·洛格斯顿说。


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