人類登陸火星面臨三大障礙

佟日

美國航空航天局（NASA）公布的最新計劃顯示，要在2033年將宇航員送上火星，并在火星上生存2年。毋庸置疑，登陸火星是人類太空探索的下一座里程碑，但還需要突破三大障礙。對于NASA來說，要在十幾年的時間內(nèi)解決所有問題談何容易。

登月計劃似乎難以滿足特朗普的“太空野心”。他在推特上表示：“我們花了那么多錢，NASA不應(yīng)只討論登月——我們50年前就做到了。應(yīng)該專注于‘更大的事情，包括火星、國防和科學(xué)！”他還補充道：“月球是火星的一部分?！?/p>

特朗普的反對者們馬上揪住這個錯誤，給他“科普常識”，民主黨全國委員會甚至在推特上發(fā)布了“官方聲明”：月球不是火星的一部分。

據(jù)美國Vox新聞網(wǎng)報道，特朗普的話被曲解了，他想表達的意思是：美國的探月計劃是火星探索計劃的一部分，前者為后者服務(wù)。事實上，這只有助于突破一個障礙，人類要想實現(xiàn)登陸火星，還要解決其他棘手的問題。

以月球為中繼站前往火星

據(jù)俄羅斯《紅星報》報道，登陸火星的載人飛船如何發(fā)射是個難題。怎樣在火星上制造氧氣和火箭燃料對于航天專家來說是一片空白，因此，載人飛船必須攜帶往返飛行和滯留火星期間所需的全部物資，其總重量要比登月飛船大得多。

俄羅斯航天專家認為，美國發(fā)射載人火星飛船的方法不外乎三種：第一種方法是從地面上直接發(fā)射，這需要推力非常強大的運載火箭;第二種方法是把飛船的零部件分批送上近地軌道，組裝后再飛往火星。但目前最大的運載火箭要奔波六七次才能把總重約400噸的飛船零部件送上天;第三種方法與第二種類似，但更穩(wěn)妥——把飛船零部件運送到空間站或其他基地，組裝后再發(fā)射。

如果采取第二種方法發(fā)射登陸火星的載人飛船，需要開發(fā)出載重量超過100噸的巨型運載火箭，發(fā)射三四次就能將總重約400噸的飛船零部件送至近地軌道進行組裝，然后再用推進系統(tǒng)將飛船送往遙遠的火星。但是，NASA目前只有巨型運載火箭的構(gòu)想，要在十幾年的時間內(nèi)研制出安全可靠的巨型火箭非常困難。

據(jù)美國《華盛頓郵報》報道，美國副總統(tǒng)彭斯近日表示，美國要在5年內(nèi)使宇航員重返月球，這比NASA的原計劃提前了4年。美國準備在月球上建立永久性基地，同時準備登陸火星。這說明美國將采用俄羅斯專家所說的第三種方法登陸火星。到2033年時，現(xiàn)有的國際空間站可能已經(jīng)難以發(fā)揮作用，美國與其打造新的大型空間站，還不如以月球為中繼站前往火星。

在接下來的幾年中，無論美國人為月球任務(wù)開發(fā)什么，都會服務(wù)于未來的火星計劃。在月球上建立一個人類前哨站，這樣就能更好地為更漫長、更艱難的火星旅程做好準備。

總體來看，采用這種方法登陸火星是最理想的。月球的引力只有地球的六分之一，在月球基地發(fā)射飛行器登陸火星，從理論上說更容易。

根據(jù)美國的計劃，月球南極有可能成為美國宇航員重返月球并建立基地的地點。那里雖然地勢陡峭，但持續(xù)的太陽照射可以為月球基地提供電力。

NASA局長布里登斯廷表示，登月和登陸火星的計劃是可以實現(xiàn)的，NASA申請了210億美元的2020年度預(yù)算，其中超過半數(shù)將用于登月計劃和火星計劃。布里登斯廷強調(diào)了重返月球?qū)γ绹仗剿饔媱澋闹匾?，稱月球是“學(xué)會在另外一個世界生存的最好試驗場”，可以驗證相關(guān)能力和技術(shù)。月球上預(yù)計有數(shù)億噸的冰，能解決宇航員的飲水問題，并用于制造液氧和液氫，作為火箭燃料。

美國建立月球基地的地點確定在月球南極，但那里太陽連續(xù)照射14天后，將出現(xiàn)連續(xù)14天的黑夜。在這14天的黑夜中，如何獲得能源是一個挑戰(zhàn)。

如果宇航員計劃從月球前往火星，宇航服也是個大問題。為了登陸火星，必須研制出更加輕便，易于脫換的宇航服。另外，月球塵埃也是問題。吸入月球塵埃會使宇航員患上硅肺病，月球塵埃的滲透還會讓一些機器無法工作。如何解決這些問題，美國科學(xué)家要動不少腦筋。

“太空天氣預(yù)報”難以過關(guān)

宇航員在乘飛船前往火星的途中，將頻繁遭遇太陽風暴和宇宙射線的襲擊，最長的輻射時段通常會持續(xù)數(shù)日之久。這就要求NASA加強“太空天氣預(yù)報”的能力，并改進各種防護設(shè)備，保護宇航員免遭太空放射性物質(zhì)的侵害。但是，美國在十幾年內(nèi)很難解決技術(shù)難題。首先，美國關(guān)于“太空天氣預(yù)報”的研究處在初級階段，很難為飛船全程提供環(huán)境信息;其次，開發(fā)長時間太空旅行所需的防護設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備，對于美國專家來說是陌生的課題。美國計劃在實施載人登月時對此展開研究，2033年之前能否取得成功還是未知數(shù)。

宇航員與地球控制中心如何進行實時聯(lián)系也是個大問題。飛船登陸火星要經(jīng)過離軌、過渡、進入大氣層和著陸4個階段，盡管用時不長，但危險性很大。由于地球與火星距離遙遠，無線電信號單程傳輸需要10多分鐘，因此宇航員在遭遇突發(fā)情況時，無法及時獲得地球控制中心的指導(dǎo)，只能依靠飛船的自動控制系統(tǒng)和宇航員自身的經(jīng)驗來解決問題。

對于地球控制中心來說，登陸火星的飛船傳回信息會“慢半拍”。飛船在著陸時因碰撞而引發(fā)險情，地球上的技術(shù)人員在10多分鐘后才能收到信息。

宇航員可能面臨傷病困擾

飛船著陸艙從離軌到登陸火星的過程中，不能由地球指揮中心進行實時控制，這使得載人飛船在火星安全著陸成為難題。無人探測器在接觸火星地面時，可以靠氣囊緩沖多次彈跳后再著陸，但宇航員經(jīng)不起這樣折騰，因此自動控制裝置必須絕對精確可靠，保證一次著陸成功。但美國未必能突破復(fù)雜的制動技術(shù)。

在飛往火星的途中，宇航員長期處于微重力狀態(tài)，會出現(xiàn)肌肉松弛、骨質(zhì)疏松、免疫系統(tǒng)功能退化等“太空綜合征”。這使他們更易受到細菌、病毒的侵襲。細菌在失重環(huán)境下卻變得更強大，例如沙門氏菌在失重環(huán)境下更加致命。

即使能夠安全登陸火星，宇航員還要面臨能否適應(yīng)環(huán)境的問題?；鹦巧系臅円箿夭钸h遠大于地球，而且大氣稀薄干燥，這種環(huán)境對于本來已經(jīng)比較脆弱的宇航員來說是極大的考驗。

根據(jù)NASA的計劃，火星飛船上將配備循環(huán)系統(tǒng)，讓空氣和飲用水可以循環(huán)利用。宇航員在火星停留期間，將自己種蔬菜、水果，這一方面是由于所載的食品有限，另一方面有利于宇航員的身體和精神健康。但有專家指出，NASA的設(shè)想只能起到調(diào)節(jié)作用，不能從根本上解決問題。如果有航宇員患病，連計劃好的任務(wù)都難以完成，又怎么有精力種菜呢？

宇船員在火星完成考察任務(wù)后，將在火星表面發(fā)射火箭，搭乘飛船返回地球。解決這些難題要比解決登陸火星的問題還要困難。

據(jù)NASA專家透露，載人飛船飛往火星需要6—7個月時間，而在火星上的考察時間約為2年。這是因為地球與火星每隔約26個月會處在太陽的同一側(cè)，從而打開了往返火星的時間窗口。

飛船返回艙攜帶的控制、通信、降落和制動等設(shè)備，要在惡劣的太空環(huán)境中經(jīng)歷這么長的時間，如何維護保養(yǎng)是個難題。一旦有設(shè)備失靈，那么飛船就可能永遠無法返回地球。

基于以上原因，許多美國議員對NASA按計劃完成登月和火星探測任務(wù)表示懷疑。眾議院議員肯德拉·霍恩表示：“美國國會對深空探索項目進行分析后認為，按照現(xiàn)有的計劃，美國要在本世紀30年代實現(xiàn)載人登陸火星是幾乎不可能完成的任務(wù)?！?/p>

編輯：姚志剛 winter-yao@163.com