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为什么人类到现在都不能到达火星?三个关键因素

当我们谈论太阳系内除地球外人类潜在的目的地时,我们必然会重点关注火星,这不仅仅因为这颗火红色的星球是地球的近邻,而且在自然环境、天气条件、坚实的地面这些必需的宜居环境中,火星的确属于太阳系地外行星的首选。

为什么人类到现在都不能到达火星?三个关键因素

火星是除地球外人类最有希望到达的行星

大家知道,地球的另外一个近邻金星,它太热了,而且还拥有以二氧化碳为主、浓烈和有毒的大气层;水星距离最近,温度不但很高,太阳辐射强度也首屈一指;土星和木星是气态行星,没有可供登陆的地面,大气层非常厚而且有毒,进入其中身体肯定会被压垮;天王星和海王星虽然有坚实的冰质地面可供行走,但是温度非常低,在上面势必会被冻成“冰坨”。

为什么人类到现在都不能到达火星?三个关键因素

所以,太阳系内就剩下火星,是地球以外唯一可能让我们登陆、且位于宜居带内的行星了。半个世纪以前,人类已经在月球上行走。而且还发射了以旅行者号为代表的,飞越冥王星甚至飞离太阳系的探测器。几十年来,我们已经在火星上发射了众多轨道探测器和着陆器,现在仍然在火星上运行的探测器也有一些,比如早前的洞察号,以及今年登陆的美国毅力号、我国的祝融号火星车,这些火星车定时会给我们传回照片和其它有价值的数据信息。

为什么人类到现在都不能到达火星?三个关键因素

之所以现在我们人类还没有登陆上火星,关键的原因就是有很多障碍还需要完美地破解,既包括载人远航的技术创新,同时也有人体在星际航行过程中的适应性、对火星自然环境的适应性等因素。归结起来,最关键的三大障碍,分别是漫长的航程、人体在长时间微重力下的适应以及在火星上的艰难生活。

漫长的航程

火星与地球的最近距离,有5500万公里,是地球和月球距离的140多倍。而火星和地球间的距离并非一成不变,由于分别在不同的轨道上以不同的速度围绕太阳运行,当二者处在太阳的两侧时,距离达到最大值,约为4亿公里。所以,要想到达火星,最理想的时机就是寻找到距离最近的时刻,来规划最理想的旅行周期。

为什么人类到现在都不能到达火星?三个关键因素

经测算,从地球到火星的火箭发射容器,大约每26个月才开启一次。最近的一次窗口期是2020年7月,当时地球上的人类共向火星发射了三颗无人探测器(美国毅力号、我国天问一号、阿联酋希望号探测器),都经历了长达6个月的飞行,才在理想的条件下抵达火星。

而且,每26个月的时间窗口,并不会在各个方面都完全一致,从地球向火星发射探测器或者载人飞船,也都有利有弊,而最有利的时间窗口,则每15年发生一次,这也就意味着,从稳妥和成功率来看,我们可能15年才有一次机会。

除此之外,在漫长的星际航行过程中,以现有技术体系来看,火箭推进器的效率发挥着重要作用。从目前来看,我们在火箭发射时,都是依靠化学燃料来推动的,长距离航行必须需要更多的燃料,也就占用了大量空间,这样的话其实不是最佳选择。如果要将人类送往火星,航天器还需要搭载必需的生命支持系统,同时也需要预留一定的人类活动空间,这样的话对于长时间旅行不是最佳的选择。

为什么人类到现在都不能到达火星?三个关键因素

今后如果要实施载人登陆火星,要想提高效率、速度更快、频次更高,必须改变现有的火箭推进模式,比如核能推进模式,远期以可控核聚变模式等。

人类自身的问题

在技术层面以外,长时间的星际航行,人体也将会面临极大的考验。因为人类在几百万年的进化过程中,已经非常适应地球引力作用下的地面生活。在漫长的星际旅行中,如何安全地适应微重力环境是个大问题。

如果长期处在微重力环境中,不仅人们的生活方式和生活习惯将不得不随之改变,而且还会诱发骨质疏松、心脑血管疾病、肌肉萎缩等问题,如果没有系统性的、有针对性地训练,这些问题在长时间的星际航行中,肯定会持续放大,从而极不利于宇航员的身体健康。

为什么人类到现在都不能到达火星?三个关键因素

好在,在国际空间站以及我国的天宫空间站中,都将宇航员适应微重力作为重点课题进行研究。另外,NASA等国家,也已经在地球上开展火星模拟实验,通过再现长期星际航行、火星表面环境等状态,来训练宇航员们的身体承受能力、突发事件应对能力和心理调节能力。这些,都可以为今后人类登陆火星奠定坚实的基础。

火星严酷的环境

除了地球之外,虽然火星是太阳系内潜在的最适于人类生活的行星,但与地球相比,火星的自然环境仍然是十分严酷的。在登陆火星之前,成功降落是到达火星轨道后需要首先要面临的挑战。

载人航天器降落火星,不像无人探测器登陆,必须要有更为安全、更为平稳的着陆方式。因此,在登陆器降落到地面之前,需要辅助一种类似“反向降落伞”的减速装置,像喷气机一样能够提供一个向上的巨大推力,从而在穿越火星稀薄大气层时,起到保护和降低下落速度的作用。

为什么人类到现在都不能到达火星?三个关键因素

在安全着陆以后,另一个潜在的障碍就是火星的沙尘暴。和月球上一样,火星表面也有大量的尘埃物质,这些物质会在火星气流的带动下,时不时卷起大规模的沙尘。由于火星表面大气稀薄,这些尘埃物质经历的风化、摩擦作用较小,如果用显微镜观察,这些尘埃一般都具有锋利的凸起,不但会成为威胁宇航员健康的主要刺激物,而且还会强烈磨损宇航服,对宇航员的生命安全也将造成很大威胁。

为什么人类到现在都不能到达火星?三个关键因素

火星上的沙尘暴,而且可能比我们预想地还要严重。比如2018年,美国机遇号火星车,就是由于一场猛烈的沙尘而“牺牲”了。除了对宇航员和探测器造成损害外,剧烈的火星沙尘暴还会严重阻挡太阳光线,从而让那些依靠太阳能供应能量的仪器设备,在一定时间内很难正常工作,这都是致命的。

除了以上三个主要障碍以外,要想将人类送往火星,必须事先向火星运送大量的支撑性设施和货物,来建造可供居住和工作的“基地”,于是新的问题就产生了,大量的物资,得需要很大的航天器来承载运输,而且还得多次往返,如果建造这样的巨型航天器、如何在火星上返回都需要更为先进的技术创新。同时,这些物资设备如何在火星上组装、火星“基地”如何建造等等,都是必须要解决的问题。

为什么人类到现在都不能到达火星?三个关键因素

从目前的情况看,除了美国以外,我国也向世界公开,力争2030年前实现载人登陆火星的计划,现在还有不到十年的时间。在宏伟目标的背后,需要科学家们争分夺秒,在各个方面做好相应准备。

困难是用来突破的,人类对未知的向往和追求,一直以来都是科学技术和人类文明向前发展的动力,火星在不久的将来,一定会成为人类首先登陆的地外行星,人类更为远大的目标,将是探索更加遥远的星辰大海。

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