宇宙解码 - 当下人类登陆火星(改造火星)的困难之谜(上)

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当下人类登陆火星(改造火星)的困难之谜(上) - 后花园网文 - 探索新闻

  自从火星被发现以来,人类一直梦想着可以登上火星。在不远的将来一个项目将最终开始令这一梦想具有了实现的可能性。

  但是这一项目有多大的可行性呢?

  NASA(美国航空航天局) 表示我们非常严肃的提出实施一个载人的项目,由于私人的公司正争先恐后地提出关于去火星空前大胆的计划。同样很重要的,随着好奇号火星车着陆和拍下丰富火星地表照片的任务的完成,公众对火星的热情不断高涨。

  13年6月,科学家、NASA研究院、私人太空公司达标和其他太空飞行组织的成员们齐聚在华盛顿,在人类登陆火星(H2M)会议上全面讨论了登陆火星会遇到的困难。这场会议由探索火星的拥护组织主持。该拥护组织提出一个项目将在本世纪30年代将宇航员送上火星。

  但是火星的沙尘暴是需要认真考虑的,并且还有一个大问题:现在缺少能够将人类送上火星再将其带回地球的技术。如此规模的星际项目将成为本世纪最昂贵最困难的科技挑战。

  “火星距离我们真的很远,”NASA国际空间站的指挥官,Sam Scimemi在H2M会上说,“它比空间站到我们的距离远出6个数量级,我们需要新的方式来离开地球去生存,这种方式在之前决没有被实现过,从来没有。”

  在能力范围内存在着相当多重要的瓶颈,包括无法为飞往火星的长距离旅行存储足够多的燃料,没有能够将人类降落到火星表面的飞行器,并且我们无法完全保证人类一旦到了火星能够活下来。H2M会议上一大部分的参与者提出了实现载人火星项目的各种障碍。

  “我已经重复的说过了,我知道当我们严肃地提出将人类送往火星表面,研究人员在相关领域将进行大量的科学研究。”工程师Bobby Braun,前NASA首席技术专家告诉Wired。

  乐观的是载人火星项目并不是没有技术上实现的可能型。关键在于决定它何时实行并且投入时间和金钱用来研发必要的工具。目前NASA,其他太空机构和私人公司正在为这个计划实现做出努力。

  在此,Wired提出了最困难的障碍,就是我们需要克服如何到达火星并且改造火星。

  图片:一个近火星轨道飞行的人造太空飞船和供给。

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  离开地球

  凡事要循序渐进,在深入的太空探索之前,需要首先离开自己的星球。

  虽然我们已经在50多年前将人类和机械探头送至太空,但载人火星项目的规模比我们以前做过的任何事都要大。目前没有火箭能够携带巨大的太空仓、宇航员和到达火星必备的所有的供给和燃料摆脱地球引力从地球表面起飞到达太空。最有可能的是,火箭通过几次飞行将飞行器的部分供给和碎片送入近地轨道。宇航员需要不断的缓慢的通过这些碎片和供给修建飞行器,最后飞往火星。

  这仍然是很繁重的工作。太空中运转的最大设备,国际空间站,质量为4500吨,需要31个飞船飞行来完成。据NASA表示,一个能够将人类送往火星并带回的火星飞行器应该会比空间站小,大概有1250吨.但是我们的能力受到航天飞机的退役的限制,航天飞机能够相对容易的将大量物品送入地球轨道。

  太空工程师Bret Frake,领导着NASA的探索项目和系统办公的计划和分析,Bret Frake称使用现有的火箭,大概需要70-80次的飞行来组成火星项目的太空仓。考虑到国际空间站需要超过十年的时间来完成,组装火星飞行器将花费非常长的时间。

  但是在将来,这项任务将变得更简单。NASA希望在2017年左右拥有空间起飞系统,它将成为最大的可飞行火箭,甚至比携带宇航员去月球的土星五号还要大。私有太空飞行公司SpaceX也在研发它的新型猎鹰重型运载火箭,它将具有比NASA大型火箭略小的货物存放空间但是仍旧比目前的任何飞行器都要好。猎鹰重型运载火箭的第一次实验将在今年后半年启动。

  NASA估计要至少发射七枚新型SLS火箭来将宇航员、供给和火星项目必需的飞船等送入地球轨道。并且SLS能够对飞往火星有所帮助,这一点也值得关注。

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  燃料存储

  人类不是在火星项目中唯一需要送往火星的。

  为了在太空中生存,人类需要很多东西:食物、氧气、帐篷,还有可能是最重要的,燃料。用于载人火星项目发射去太空的原始物资中将近80%将是推进剂。问题在于,在空间中存储如此巨量的燃料是困难的。

  处于近地轨道(当宇航员搭建火星飞船时放置飞船材料的地方)的物体每90分钟环绕地球一圈。在一半的周期中,他们感受太阳严重的烘烤,另一半的周期中是空间中寒冷的黑暗。这种变化引起气体的氢和氧-火箭的燃料-蒸发。除非容器是定期通风的,不然存有这些燃料的容器容易爆炸。

  氢容易从容器中溢出,大约每个月要损失4%的氢。这意味着如果火星项目需要在近地轨道停留一年的话,将在飞往火星前损失将近一半的推进剂。将一公斤的氢送入太空大约需要花费1万美元,那么这种泄漏将是昂贵的浪费。

  NASA很久以来致力于寻找新的技术来在空间中存储推进剂。NASA希望研究空间中大型低温装载和转换技术。这种技术对于载人火星项目具有极大的价值,它将在将来带来一个长久的气体仓库随时为火箭补给燃料。

  图片:飞行器在太空燃料站为自己补给燃料。

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  改进的推进方式

  想要在将人类送往火星的过程中尽快达到火星,以减少暴露在射线的危害及失重状态中,相关技术可以使宇航员们更早的离开地球并且在更舒适的节奏中旅行。

  一个相对低动力的引擎可以推送一个载有宇航员供给的飞船到达火星,这些供给供宇航员在火星活动期间使用。在星际计划中,NASA想要在宇航员到达之前推送这样的东西先到达火星表面,等待宇航员的到来。

  NASA正在研究改进型的太阳能电动推进方式,这种方式在仓体的后部发射电离气体来使飞船前进。之前的几个项目中,例如NASA的黎明和日本的隼鸟号飞船,都已使用了这项技术。火星项目需要远远比这些已有项目更大的太阳能电动推进器。该机构现在有一个关于搜集小行星并将其拖拽回地球的项目,这一项目将推进新的太阳能电动推进技术研究。

  图片:太阳能电动推进器。也包含力学分析。

  

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