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人类登陆火星困难重重


  美国宇航局描绘的火星登陆美景
  美国科学家想象的火星居住图
  欧洲宇航局发布的火星峡谷风貌
  有中国志愿者王跃参加的人类首次全面模拟火星载人航天飞行"火星-500"试验,自6月3日在莫斯科启动以来,已顺利进行了一个半月时间。而美国总统奥巴马今年4月表示,美国将放弃旨在重返月球的"星座计划",期待到本世纪30年代中实现载人登陆火星。那么,我们真的有可能亲眼目睹人类登临火星的壮举吗?和登月相比,人类登陆火星要克服哪些特殊的困难——
  发射重量大大增加
  利用空间站、月球做"中转"?
  上世纪六十年代末七十年代初,人类曾完成了六次登月。然而和登陆月球相比,人类登陆火星最显而易见的困难就是太空飞行的距离大大增加。距离的增加会带来一系列的问题,登火星的困难多半与此有关。
  国家天文台研究员李竞告诉笔者,月球基本在一个圆轨道上围绕地球运转,距离差不多是38万千米。以现有的火箭,差不多三天内都可以到达。而火星和地球都围绕太阳运转,相互的距离是一个大变量。当它们处在太阳的同一侧时距离最短,光线大约要走四分钟;而当它们分处于太阳的两侧时,距离最长,光线大约要走二十分钟。即便是最短距离也差不多有6000万千米,比地月距离远了一二百倍。而火箭飞向火星,需要半年多的时间才能到达,加上在火星逗留的时间,人类从火星往返,差不多需要一年半的时间。
  一年半的时间,宇航员需要的食品、饮料、氧气,飞行、返回的燃料等都要随舱携带,就是一批很大的物资,而且这么长时间的飞行,总要给宇航员一定的活动空间,轨道舱不能太小,这和载人登月以及无人探测火星时的情况都是大大不同的,这就使火箭的起飞重量成倍增加,而目前人类还造不出这样大的火箭。
  中国科学院空间科学与应用研究中心研究员、曾任载人航天工程应用系统副总指挥潘厚任告诉笔者,除了在火箭技术上寻求突破以外,还有另外一些可能的解决问题思路,比如把飞船、物资、火箭等一部分一部分地运到地球空间站上去,在空间站里组装起来之后再向火星发射,这样就可以摆脱很多地球引力的影响。同样的思路,利用月球作为中转"跳板",也是一种可能的办法。
  火星引力比月球大
  "火星服"要"大减负"
  潘厚任介绍说,月球引力是地球的六分之一,而火星引力是地球的38%。火星引力是月球的差不多一倍,这个差别也会带来一系列的问题。
  首先是登陆火星的宇航服问题。当年"阿波罗"计划中的登月服,在地球表面重量约一百千克,在月球表面重量是十几千克,人穿上在月球表面活动还是可以接受的。但这套服装在火星表面的重量是近四十千克,相当于人扛着七八十斤的重量四处活动,就显得太重了。因此,必须研制出适合登陆火星的宇航服,它在地面上的重量应该不超过五十千克。
  同样由于火星引力比月球大了一倍,返回火箭要克服的引力也大了一倍,登陆舱与绕火星运行的轨道舱会合后,需要达到每秒5公里以上的速度,才能克服火星引力,踏入返回地球之旅。
  而且与月球相比,月球上完全没有大气,而火星上虽然大气很稀薄,但毕竟是有的,因此也有气象。从地球上观测,发现火星上的沙尘暴很厉害,这对返回火箭的发射都可能带来影响。
  选择发射窗口不容易
  一旦错过要等两年多
  正如前面所说,由于火星与地球相互位置关系比较复杂,选择发射窗口及飞行路径就是一个十分复杂的工作,绝不像打枪瞄准那么简单,可以说每个火星探测器走的路径都不尽相同。
  而载人登陆火星,不但要选择合适的发射窗口,还要考虑登上火星后,是否有合适的返回窗口。一旦错过,火星和地球会越飞越远,等待下一次火星与地球再来到与太阳同一侧的最短距离,需要780天之后了。
  由于要同时考虑发射和返回,因此发射窗口和返回窗口都不可能是最佳选择,这需要进行复杂周密的计算。
  同样由于距离遥远,对飞船的跟踪、测轨、通信工作都带来了很大的挑战。而火星上温度很低,年平均气温在零下60摄氏度左右,这对电子元器件的正常工作是个巨大考验。李竞介绍说,苏联曾多次发射火星探测器,也曾进入火星轨道甚至在火星着陆,但都没有有效地解决通信联络问题。而2003年6月2日,欧洲宇航局"火星快车"探测器发射升空,它携带的"猎兔犬2"号登陆器预定于2003年12月25日凌晨登陆火星,但直至今日地面控制中心仍未与其取得联络。如果这样的事情发生在载人火星登陆上,无疑会酿成惨剧。
  太空生存一年半
  挑战精神、生理新极限
  潘厚任介绍说,人类到目前为止,最长的太空飞行记录是438天,是由一位俄罗斯宇航员在和平号空间站上创造的,当时人回来是用担架抬下来的。这是一个比较极端的试验,而现在通常的做法是,空间站上的宇航员要半年换一批,这样比较符合人体承受的限度。
  而人类往返火星,需要在太空停留约一年半,不但超出了目前为止人类太空停留的极限,还要完成登陆火星等很多复杂的工作,人的精神体力到底能不能受得了,将是很大的疑问,目前进行的"火星-500"试验,就是对此进行的试验探索。
  举一个最简单的例子,在火星上与地球进行一问一答一次最简单的对话,要花费十几分钟的时间,这对人的耐心就是个考验。而且一年半的时间里,如果总吃太空食品人体是否能承受?不过对此潘厚任介绍说,可以考虑在飞船内种一些蔬菜加以解决,这个在技术上并不困难。
  链接
  人类为何要登陆火星?
  ■对科技发展是巨大推动
  国家天文台研究员李竞告诉笔者,人类探索外星球,绝不仅仅是为了满足好奇和幻想,而是对科学技术发展的巨大推动。比如,美国科学技术与苏联一下子拉开了巨大差距,主要是由于登月计划的成功实施带来的。今天所有的高科技,如果追根溯源,往往都可以追踪到当年的"阿波罗"计划,像无线通信技术、计算机技术的突破,都是出于人类登月的需要。
  可以想象,人类登陆火星计划的实施,必然会给人类科学技术的新突破带来强烈刺激,最终给人类的发展带来福祉。而科学技术的突破,往往需要设定一个具体目标作为抓手,才能集中力量获得实现。
  ■了解外星球未解之谜
  李竞说,正是由于人类登月以后捡回了月球岩石,在月球上安装了月震仪,才对月球的起源、形成有了更深入的认识。如果人类能够成功登陆火星,一定会对火星的认识有更大的突破。
  长期以来有一种说法,认为火星上有大洪水冲刷的痕迹,并由此推测火星上曾经有过生命,但是后来由于环境恶化,生命灭绝了。甚至有人更进一步提出,火星的过去就是地球的现在,火星的现在就是地球的未来。李竞说,人类如果能够登陆火星实地考察,甚至如果能够获得火星生命化石,一定会让我们对于宇宙和生命的认识有大的突破。
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