為何人類至今仍未飛往火星?

據國外媒體報道,如果要在太陽系內進行一次行星際旅行,考慮到天氣、地表條件等問題,我們的可選項其實並不多。金星太熱,早在我們到達其地表之前,就已經化為灰燼了。冥王星則又太冷,最冷可達零下 240 攝氏度。而海王星、天王星、土星和木星又主要由有毒氣體構成,就算氣體下方有固體地表,這些氣體也足以致我們於死地,更別提這些行星上的風暴了。

除地球之外,火星是唯一一顆位於太陽系宜居帶中的行星。在過去大半個世紀里,人類成功登上了月球,向冥王星送去了探測器,甚至有探測器成功飛出了太陽系邊緣。已有好幾架探測器在火星表面成功登陸,包括 NASA 的毅力號、中國的祝融號等等,它們在火星表面四處遊盪,拍攝照片、收集數據,然後傳回地球。

那麼,人類為何至今仍未親自飛往火星呢?

據 NASA 解釋,要想在火星上開展載人任務,還有許多障礙需要攻克,比如技術創新、進一步了解人體、以及如何適應另一顆行星上的生活等等。

NASA 約翰遜太空中心人類火星建築團隊帶頭人米歇爾·盧克、以及 NASA 空間技術任務理事會首席工程師傑弗里·希伊指出,這些障礙主要可分為幾大類:如何到達,如何登陸,如何生存,以及如何離開。

漫長的旅途

“第一大障礙是距離。”盧克指出。火星在近地點距地球約 5500 萬公里,但地球與火星之間的距離並不會一成不變。地球與火星按照不同的半徑和速度圍繞太陽旋轉,因此在兩者之間往返的時機有好壞之分,更何況我們不僅想儘快飛到火星,還想儘快飛回來。

“開往火星的‘列車’每隔 26 個月發出一班。”希伊指出,上一次最佳窗口期為 2020 年 7 月,那大概是行星際航行史上最繁忙的一段時間了,短短兩周之內,竟有三個無人火星任務發射升空。

不過,每次窗口期都可能有所不同。希伊指出,除了 26 個月的窗口期之外,還有一個為期約 15 年的循環,在此期間的窗口期條件會更加有利。但希伊指出,如果我們想讓宇宙飛船在最佳時機登陸火星,按照這一目標設計出的宇宙飛船並不一定符合我們在其它年份內的發射需求。如果將全部注意力都放在於最佳窗口期內登陸火星上,就意味着我們每隔 15 年才有一次機會,造出的飛船用處也相當有限。

人類自身的問題

除了技術之外,我們還需要搞清楚,人類這種習慣於地球大氣和引力的生物要想在宇宙飛船上連續生存數月、該如何應對低引力和密閉空間等問題。

科學家研究這一問題已經有一段時間了,比如分析駐紮在國際空間站的宇航員們是如何應對孤獨感和低引力環境、回到地球后又是如何應對的。幾次登月項目也幫助我們對宇航員如何應對低引力環境產生了一定了解。

此外,像 NASA 的 CHAPEA( 一個為期一年的火星生存模擬項目)這樣的項目也能幫助科學家了解,當一小群人在一起生活了很長一段時間后,可能會發生什麼樣的問題。其它正在南極開展的項目也能讓我們對可能發生的情況有所預期。這類問題可以幫助我們判斷,要想在火星上開展一些基礎任務,究竟需要花費多長時間、以及需要派遣多少人手。

還有一個問題是,如果長時間生活在狹小的密閉空間中、並且缺少與外界的聯絡,人類會產生何種反應。“如果吃膩了帶去的食物,他們可沒法點外賣換換口味。”盧克指出。

不過 ,NASA 的阿爾忒彌斯計劃也許能幫助我們應對一些意想不到的挑戰。該計劃的目標是,讓生活在月球上的人口數量維持可持續的水平。許多在月球上日常生活所需的技術、以及月球環境條件對人類造成的影響,都可以在未來的火星計劃中發揮作用。

登陸

到達火星軌道只是完成了任務的一半,在火星表面安全着陸也是一大挑戰。據希伊介紹 ,NASA 正在研發一款充氣式減速器,作用類似於降落傘,可以在登陸裝置穿過大氣層的過程中起到保護和減速作用。要想真正着陸,飛船還需要用到一套類似超音速反推器的裝置,可以抵消降落時的巨大推力,使飛船可以安全地落到地面上。

希伊指出,為攻克研發過程中的技術挑戰 ,NASA 計劃先向地球軌道發射一套這樣的系統,再讓它落回地球表面,觀察其性能如何。

成功登陸火星表面后,還可能遭遇另一重障礙——沙塵暴。月球上的沙塵對宇航員就是個大麻煩,由於沒有風或者其它外力打磨沙塵顆粒,這些塵土十分銳利,會在宇航服上磨來擦去。它們幾乎無處不在,還會對宇航員的眼部造成刺激。

由於火星上有外力可以侵蝕沙塵顆粒,火星上的沙塵也許不像月球上那麼銳利,但沙塵暴的規模有時十分龐大。例如 2018 年,機遇號火星車在遭遇了一次沙塵暴之後便“下線”了。盧克指出,研究人員對火星沙塵暴已經有了不少了解,但還不確定與之前觀察到的相比、會不會還有更猛烈的沙塵暴。

除了給宇航員或設備帶來風險之外,沙塵暴捲起的塵土還可能遮蔽陽光,導致靠太陽能運行的設備在一段時間內無法正常工作。

火星上的設備也是一大問題。希伊指出,在開展載人任務之前,也許要事先單獨送一批設備過去才行。

“那些設備必須先行到達、並且通過檢查,我們才能考慮送宇航員過去。”

另一大障礙是宇宙飛船。據希伊和盧克估計,這艘宇宙飛船至少要有一個足球場那麼長才行,具體取決於採用何種推進技術、以及送去多少人。總體積也許比國際空間站稍小一點,也可能比國際空間站大得多。

希伊和盧克都認為,我們也許能在本世紀 30 年代實現火星登陸。下一次“火星載人往返游”的最佳窗口期在 2033 年,只是不知道那時的政局、預算和技術是否能做好準備。但在此之前,我們每天都在不斷學習新的知識。

“我們已經為前往火星做了大量鋪墊工作。”盧克指出。

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