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三条路径载人登火星

发布时间:2020-07-13 13:02:57 阅读: 来源:冰垫厂家

美国航空航天局拟用“猎户座”载人飞船(左)在轨对接运输飞船前往火星示意图

荷兰火星一号公司的火星基地设想

最近,美国国家研究委员会发布了一份名为《探索途径:美国载人空间探索计划的理由与方法》(简称《探索途径》)的报告,长达285页。其中有关美国载人登火的三种途径及其利弊的分析格外引人注目,并立刻受到美国航空航天局的欢迎。

20世纪,人类实现了载人登月;21世纪,人类最重要、最复杂的航天项目就是实现载人登火。

近些年来载人登火的新闻闹得沸沸扬扬,主要原因有三:一是荷兰“火星一号”基金团队开始在全球海选参与移民火星项目的志愿者,其中有许多中国人参与;二是美国“灵感火星”基金团队也开始招募飞往火星的志愿者,它由美国亿万富翁、世界首位太空游客蒂托资助,现有超过上万人报名;三是实力最强的美国航空航天局公布了官方的载人登火计划。

当年,美国为了把人送到离地球约38万千米的月球,举全国之力,耗资255亿美元(相当于现在的1000亿美元),在工程高峰时期,参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构,总人数超过30万,奋斗了8年。而火星离地球的最近距离约为5000万千米,最远男人生理健康约为4亿千米,用目前的航天技术,仅单程飞往火星的时间就达250天左右(单程飞往月球的时间只需4至5天),所以载人登火会面临一系列严峻的技术挑战。

实际上,不要说载人登火了,就是进行无人探测火星也充满了风险。至今,全球一共发射了约45个火星探测器,只有26个获得成功,还有两个能否成功进入火星轨道,今年稍后时候才见分晓,其余都失败了,所以火星被称之为“航天器坟场”。因此,要进行载人探测或登陆火星就更难了,必须克服千难万险才行。

拖来一颗小行星当跳板

进入21世纪后,美国小布什政府提出并开始实施星座计划,其方案是先重返月球,建立永久性月球基地,然后以月球基地作为中转站在2035年左右实现载人登火的目标。奥巴马上台后,载人登火的总目标和时间没变,但路线图变了,即改为先载人登小行星,然后以小行星为跳板实现载人登火的目标。

现在,美国航天专家根据当今的技术水平,为载人登火设计了三种可选择的技术途径:

第一种途径是采用“小行星重定向任务-火星”的路线,实施步骤为先执行小行星重定向任务,即用无人航天器把一颗小行星拖至月球轨道,然后用新研制的“航天发射系统”重型火箭和“猎户座”飞船把人送到该小行星,最后航天员从小行星飞往火星的卫星,之后在火星着陆,这也是奥巴马政府提出的美国载人航天计划。小行星引力小,所以从那里升空容易;小行星上面的水可供航天员用,并能分解成氢和氧作为火星飞船的燃料。此举也能用于开发小行星的宝藏和防止小行星撞击地球等。

美国新发布的《探索途径》报告认为,第一种途径能较快实现载人登火星的目标,不过风险很大,因为需要先把小行星捕获并拖至月球轨道,这是人类从来没有干过的复杂的事情,不过美国航空航天局目前正在积极研究这个途径的有关方案。

先建月球基地再飞火星

第二种途径是采用“月球-火星”的路线,实施步骤为先建立月球基地,接着从月球基地飞往火星,即利用月球作为试验和开发目的地,以期进一步完善适合于火星探索的技术,同时再访月球,可进行比“阿波罗”更深入的科学研究。

这条途径也与传统的国际空间合作伙伴和国际空间探索协调组的目标相一致,关注点是利用最接近、最现实且具有相对较短的返回时间和开放的发射窗口的天体——月球,开发火星表面探索所需的系统和技术。对硬件、运行和人体健康问题进行适期考查后,只要证明可行,就能马上继续向真正的目的地火星进发。万一证明载人火星探索在经济、技术或乘员健康原因方面不可行,也可让美国能够继续领导全球探索和月球资源开采。

美国不少航天专家和美国国会的许多重量级共和党议员,都认为先登月比先登小行星更可行。但美国白宫表示,美国人已去过月球,重返月球意思不大。这也符合美国航天的一贯战略,即一味追求跨越式发展,始终保持技术上的绝对领先地位。美国航空航天局对重返月球目前仍然很冷淡,其局长助理威廉姆斯说:“在没有大气层的月球着陆技术,对于在有复杂大气层的火星降落帮助不大。”

在“拉格朗日2点”建空间站

第三种途径是采用增进探索的路线,实施步骤是先执行“地-月拉格朗日2点”任务,即在“拉格朗日2点”(在这个点上,地月之间的引力相互抵消了)建造1座小空间站,它能支持4名或更多乘员生活最少6个月,同时还保留任务中止能力,让乘员迅速返回地球;然后航天员从这里前往原轨道小行星,接着前往月球基地,最后载人登陆火星或火星的卫星。

第三种途径实际上探究了潜在可行的目的地类型,考虑到当前对生理和技术的认知水平,基本上包括人类能探索的所有目的地。它是一条潜在风险比其他途径低的途径,但同时也是持续时间较长的途径,探索多个目的地的同时缓慢提升一次完整的火星表面任务所需的关键要素能力。它首先侧重于在拉格朗日2点和天然小行星任务中应对长期深空居住舱挑战。其次侧重于发展月球部分重力条件下的月面遥操作能力。最后,在火星卫星和火星表面操作任务中发展和应用先进的太空中推进系统。这条途径也会对人体健康问题进行调研。

后两个途径风险较低,它们与第一个途径的最大不同就是都要先登月球,再登火星,但它们要依次延迟实现载人登火星的时间。(谭涛)

新技术可能带来变数

美国《探索途径》报告提出了“10个高优先级能力”,其中最关键的是火星进入、下降及着陆;辐射安全;空间推进和能源。其他为重型火箭;行星上升推进;环控生保系统;居住舱;舱外活动服;乘员健康;原位资源利用(火星大气)。

载人登火面临的困难大家都心知肚明,看似难以克服,然而,如果取得重大技术突破,也许会带来&ldq浙江治疗白癜风的医院uo;山重水复疑无路,柳暗花明又一村”的惊喜。比如,如果能缩短载人火星飞船抵达火星的时间,这样就可以规避长期太空飞行带来的生命保障、宇宙辐射、失重低重、心理生理、燃料备件等一系列问题,但这也是非常难的事情。

美国曾计划研制名为“普罗米修斯”的核动力载人火星飞船,它的飞行速度为87000千米/小时,是目前载人飞船速度的3倍,用两个月的时间就能到达火星。不过,当时的核动力火星飞船方案存在巨大安全隐患,它使航天员所受的辐射量相当于每天做8次X光胸透,所以下马了。不过,随着技术的发展,美国、俄罗斯现在又重启核动力载人火星飞船的研制,使它不会对航天员的身体健康产生不利影响,还能在1至2个月之内抵达火星。

前美籍华裔航天员张福林正在研制全功率可变比冲磁等离子火箭,如果成功,用它作为载人火星飞船的动力装置可大大缩短人从地球前往火星所需的时间,即用39天就能抵达火星。但该技术犹如科学幻想,何时能问世现在还不得而知。类似的研究方案还有一些。

总之,从目前人类达到的科技水平来看,载人登陆火星的所有难题都是可以逐步解决的,关键是需要投入大量资金并用众多专家的集体智慧来攻关。

私人公司载人火星计划不靠谱

荷兰“火星一号”和美国“灵感火星”的方案比美国政府的载人登火方案似乎容易得多,因为前者是“单程车票”,飞行时间少一半,所以载人火星飞船所携带的生活物资可以大大减少,失重等带来的影响也小许多,并且不需要费用高昂、技术复杂的返回装置;后者由于不在火星表面着陆,而只是在距火星表面150千米高空遨游,因此也能大大降低成本和技术的复杂性。但是,这两家基金会要想实现载人登火似乎是不可能的。

私营公司的“火星一号”和“灵感火星”计划,对激发人类的太空探索精神有一定推动作用,但私营公司更适合从事把已成熟的航天技术商业化,而很难想象他们会有足够的财力和技术力量,克服上述种种艰巨的困难,完成人类文明如此重要的突破。

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