怎样载人去火星

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  有科学家提出,要想在2039年之前载人登陆火星,就需要在2033年之前载人登陆火星的卫星福波斯。
  美国宇航局曾经设想,最早能在21世纪20年代末载人登陆火星。虽然这一目标现在看来难以实现,但一项新研究表明,在不远的将来载人登陆火星并非痴人说梦。这项研究提出,要想在2039年之前载人登陆火星,就需要在2033年之前载人登陆火星的卫星福波斯(火卫一)。
  巨型火箭第四次发射将把一艘“猎户座号”飞船和一个4人机组送去与这套设备对接。这些设备将把宇航员们送入火星轨道,这段旅程将持续200~250天。在福波斯表面待命的转移火箭将在2033年把4人机组送到福波斯表面的基地。宇航员们将在那里待大约300天,然后离开福波斯返回地球。福波斯居住舱将保留在福波斯表面,等待可能前来的另一批宇航员。普莱斯说,这一福波斯中转架构是是实现宇航员往返于地球—火星轨道的有效手段。
  根据该架构,可使用类似的多步骤方法(采用星际交通船和预制设备)让宇航员在2039年登陆火星,但这需要巨型火箭发射6次,而非4次。为此,要把一艘23吨重的登陆器送入火星轨道,让它在那里等待宇航员到来。登陆器包含一个居住舱及一艘火星上升飞船。在宇航员返回地球时,这艘飞船将把宇航员带离火星表面。
  与之前美国宇航局发射到火星表面的机器人飞船不同,这艘登陆器登陆火星不是借助降落伞,而是依赖制动火箭。该火箭有可能是正在测试的“超音速可膨胀空气动力减速器”。普莱斯说,宇航员首次登陆火星将会是短暂的,登陆器只能支持一个2人机组在火星表面待28天,或者一个4人机组待6天。普莱斯设想,具有重要历史意义的载人火星任务将不同于美国20世纪60~70年代的载人登月,不会只是在外星表面走一走,插国旗,此后就不了了之,而是可能为更具雄心的跟进任务铺路。例如,每4年发射一次载人火星飞船,宇航员每次在火星表面待12个月,最终在火星表面建立大型人类基地。普莱斯设想,在火星就地取材,经过50或100年,或许能在火星上建立起像现在地球南极基地那种大规模的永久性居住点。
  普莱斯团队请美国非营利机构“航空航天公司”为这一载人火星任务架构进行成本评估,结果是这一架构的预算在美国宇航局年度预算以内。
  其他载人去火星设想
  “火星灵感” 美国非营利机构“火星灵感基金会”计划在2018年2月發送两人(最好是一对夫妇)飞近火星。这两人不会登陆火星,而是将在距离火星表面160千米的地方近观这颗红色星球,然后返回地球。不过,该计划就目前来看只能是放空炮。“火星灵感基金会”由美国亿万富翁蒂托牵头,蒂托因造访国际空间站而成为全球首位太空游客。
  “火星一号” 荷兰一家非营利组织宣布,希望在火星建立永久性人类定居点。该组织希望在2023年让4名宇航员登陆火星,花费估计达60亿美元,资金来源要靠该组织在全球范围的媒体宣传收入,例如首批火星宇航员选拔等超大型公关活动。按照该组织设想,这4名宇航员将不会返回地球。他们登陆火星后,该组织每两年向火星发送一去不回的宇航员,这些宇航员共同营造地球人的火星家园。全球已有超过20万人竞争该组织的火星宇航员职位。然而,“火星一号”的载人火星任务计划被专家指责为纯属噱头。
  “火星移民” 艾龙·马斯克是美国私立航天机构“太空X”的创建者和电动汽车公司特斯拉的首席执行官。马斯克说,他在2002年创建“太空X”的主要目的就是帮助地球人移民其他星球。早在2012年11月,他就宣布了载人登陆火星的构想。他设想,使用一艘由液态氢和甲烷驱动的巨型可重复使用的火箭,把地球移民送到火星。首批火星移民或许只有10人,但最终火星社区人数将可能达到8万人。要想实现这一设想,最关键的是研发可重复使用的巨型火箭,“太空X”正在进行这方面努力。不过,虽然就连美国宇航局也与“太空X”有合作,但马斯克的这一设想就目前来看还不着边际。
  “火星为本”架构中有许多内置安全系统。机组登陆火星后,如果发现返程飞船并未生产返程燃料,怎么办?返程飞船在机组登陆火星之前两年发射,按计划它一到火星就立即开始生产燃料。当生产过程结束后,飞船要向地球发信号,表明自己已准备好。如果燃料生产失败,飞船就不会发信号,所以飞船机组就可以在离开地球之前知道这一点,那么就不会发射机组到火星了。就算出差错,不知道返程飞船制造燃料失败,机组也只需使用与他们在同一发射窗口发射的第二艘返程飞船来返回地球。如果飞行过程中出错,机组需要在登陆火星之前返回地球,怎么办?他们是否需要等待下一个发射窗口才能回地球?不是的,地球与火星之间的一些自由回归轨道能让机组放弃火星登陆,改为回归地球,而无需耗费更多燃料。“火星为本”架构建议使用一条周期为两年的自由回归轨道,这意味着如果机组不能登陆火星,那么他们将在离开地球后两年返回地球。
  “火星为本”架构指出,只需使用当初把宇航员送上月球的“土星5号”火箭,就足以发射载人火星任务的必需装备到火星。总之,只需利用现有技术,载人火星之旅的一些技术问题(不包括长时间太空飞行和与地球隔绝造成的宇航员心理问题等)是不难解决的。不过,“火星为本”架构的实现依然有很大难度,有很多问题悬而未决。
  火卫福波斯和德莫斯
  火卫一福波斯是最靠近火星的两颗天然火卫之一,另一颗就是火卫二德莫斯。这两颗火卫都是由美国天文学家霍尔在1877年发现的。福波斯个头不大,形状不规则,平均半径11千米,质量是更远离火星的德莫斯的7倍。德莫斯的平均半径为6.2千米。它距离火星2.25万千米,每30.3小时环绕火星一圈。在希腊神话中,德莫斯是福波斯的孪生弟弟,也是恐怖的化身。
  福波斯的轨道距离火星表面6000千米,比其他已知的任何卫星都更靠近母行星。正因为福波斯太靠近火星,所以它环绕火星的速度比火星自转速度快得多。福波斯每7小时39分就环绕火星一圈。因此,从火星表面看去,福波斯看起来从西边升起,大约用4小时15分钟划过火星天空,然后在东边落下。每个火星日,这样的情况出现两次。
  科学家最近提出,福波斯的沙土可在火星载人飞船的制动中充当一种宝贵的材料。因为飞船在福波斯的变速成本小,所以只需使用从地球上带去的少量化学燃料就可以把福波斯表面大量的沙土(来自于一个永久性前哨站)送进转移轨道。在载人飞船向火星表面降落的过程中,在飞船前方释放这些沙土,使飞船前方的大气密度增加,就有助于飞船减速。
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