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去火星肯定行?登月第二人:飞机到登月才用了66年

时间:2017年08月23日 信息来源:网易科学人 点击: 字体:

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美国宇航员特里·弗茨(Terry Virts)正坐在驾驶舱中


人类渴望走出宇宙,漫步在火星这颗红色星球的荒芜平原上。许多报道称,伊隆·马斯克(Elon Musk)及其SpaceX公司已经成为这个领域的先行者。然而,美国宇航局、中国航天局以及以及火星协会等机构也正在训练和?#28212;?#21407;型机,并在努力解决尝试将人类送上火星所遇到的挑战。但是,在我们如何使帮助人类脱离地球(并在整个过程中保?#20013;?#29702;和身体健康)的细节中,自然而然的,搞清楚我们为?#25105;?#21069;往火星同样至关重要。

最近?#37038;?#37319;访?#20445;?#33879;名宇航员、工程师、登上月球的第二名人类巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)解释了为什么火星探索和发现如此重要,并谈及为何我们需要在20年内将人类送上火星。另一为宇航员特里·弗茨(Terry Virts)则提出了将人类送到火星的“三步走”计划。

弗茨:登陆火星应遵循三步走计划

10年前,美国宇航局提出Constellation计划,它的目标是开发新的太空飞船和相关系统,?#21592;?#23558;人类送到国际空间站、月球,最终到达更远的火星和其他地?#20581;?#20294;在2010年初,由于预算不足,Constellation计划被取消。从那时起,美国就缺乏载人航天的连贯战略。最后,美国宇航员特里·弗茨(Terry Virts)提出了将人类送到火星的计划。

这个计划设定了具体目标,并将激励未来科学家和工程师,将各国团结起来,解决我们在地球上面临的许多技术和政治挑战。有了这些适度的目标,让我们回顾下过去的太空努力。美国宇航局在20世纪60年代后期施行的月球计划?#23548;?#19978;分为三个项目,分别是水星、双子座以及最著名的阿波罗计划。

最初阶段,水星项目证明了人类可以在太空中飞行。双子座是这三个项目中最不为人所知的,但它更为关键。它创造并测试了月球着陆所需的技术,包括长时间执行任务、太空行走、计算机和软件开发以及航天器交汇和对接的协议等。最终,阿波罗项?#28212;?#29616;了肯尼迪总统著名的宣言,即我们应该“把人送上月球,并让他安全地返回地球”。

但是,如果没有水星或双子座计划,尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)、巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)以及他们的追随者就永远也不会到达月球。我给之所以要介绍这?#21355;?#21490;,是因为我相信未来的太空战略依然应遵循水星/双子座/阿波罗的三步走平行模?#20581;?/p>

第一,我们需要一个愿景。在20世纪60年代,这个愿景是将人类送上月球,现在则是将人类于2030年左右送上火星,并让他们安全返回。毫无疑问,到达火星表面绝对是更耗时的任务。这个愿景更为明确,它不仅仅是“在火星上插上旗帜?#20445;?#38271;期目标应该是了解火星环境、地质以及生物历史,同时也要为这个红色星球上的人类搭建栖息地。

第二,国际空间站就相当于水星项目,证明人类能够在太空中长期生活和工作。但下个阶段的太空计划(比如双子座项目)必须致力于开发和测试最终前往火星所需的关键技术。这些技术应该在国际空间站以及月球上测试。其中,最重要的关键技术就是先进的空间?#24179;?#25216;术。

利用现有的火箭技术,往返火星需要三年时间。而且执行这项任务的宇航员需要大量补给支持,整个旅程都会暴露在危险的辐射?#38534;?#26356;重要的是,确保?#20013;?#20026;期3年的任务的关键设备的可靠性将是非常昂贵的。空间电?#24179;?#24341;擎可在1年时间内将人类送上火星并返回,这会大幅降低辐射的危险,并规避3年漫长任务执行期出现的其他相关问题。

与?#36865;保?#20026;期1年的任务花费也会少得多,因为将每公斤物品送上火星需要花费数十万美元。电动引擎在小型卫星上已经使用了几十年,但从未被放大到足够将人类送入太空的规模。要想为这样庞大的引擎提供动力,可能需要50兆瓦的核反应堆。与将核反应堆送入太空面临的技术挑战相比,政治挑战可能更加复杂。

在去红色星球之前,我们还需要开发其他的?#20843;?#23376;座”技术。这些包括可靠的生命支持系统,如去除CO2技术、水和氧循环、能够高速发射和回收人员的设备、栖息地、能够着陆并在火星表面自动组装的火星车、支持宇航员在火星上生活和工作的太空服、火星导航和通讯卫星网络以及保护人员免受辐射的创新方法等。最后,在火星表面修建的核电站,需要为提供足够人类生存所需的电力。

这些都是非常昂贵的工作,只有国际合作才有可能实现。但是,还有其他更重要的原因使之成为多国任务。国际空间站上有来自许多国家的宇航员,已经证明了的合作的重要性。即使地球上的国家关系陷入紧张状态,来自相关国家的宇航员组成的国?#37322;?#38431;也能密切合作。如果没有合作伙伴的稳定影响,美国是否有足够的政?#25105;?#24895;来坚持长期的火星计划,不禁令人产生怀疑。最后,这个项目必须获得美国两大主要政?#25345;?#25345;,总统应该与众议院和?#25105;?#38498;的少数党领导人共同促进这一愿景。否则,到本届政府任期结束,美国太空计划注定要再次取消。

第三,如果我们做这些事情——制定促进太空探索的一?#30053;?#26223;,建立国际合作,推行双子座式的技术发展计划,我们将在不久的将来再次实现“阿波罗计划?#20445;?#21482;是这次的目标变成了火星。

尽管人类对火星依然所知有限,但却从未停?#26500;?#25506;索的脚部,美国宇航局发射的?#26114;?#22855;号”火星探测器就是其中的佼佼者。?#28304;?012年登陆火星表面以来,好奇号已经在那里度过5个年头。这个小机器人在火星表面进行各种各样的科学实验,已经帮助我们了解了许多火星知识。好奇号的使命很简单,就是寻找火星上可能曾经适合居住的迹象,当然是适合微生物的环境,而不是马特·达蒙(Matt Damon)!

为了实现这个目标,美国宇航局把好奇号送到盖尔陨石坑。这是个巨大的撞击盆地,?#34892;?#26377;一座?#20581;?#22909;奇号已经穿过陨石坑,正在翻过岩石。一?#39134;希?#23427;收集了许多有关生命所需的水、矿物质、有机化学物质以及其他材料的古代证据。好奇号的表现如此出色,以至美国宇航局决定将其任务延长到2018年10月份。毕竟,仍然?#34892;?#22810;有趣的化学和地质现象有待调查。

当好奇号继续攀爬陨石坑中部的夏普山?#20445;?#23427;将探索三个新的?#20063;悖?#21253;括以铁矿物(赤铁矿)、粘土以及含有大量硫酸盐为主的?#20063;恪?#26126;年好奇号还会继续挖掘吗?#31354;?#37324;共有4个谜团以待它帮助解开(或者至少找到更多线索)。

1.火星上还有远古生命吗?

任何生命迹象都有可能促使发现微生物。好奇号可以利用名为Mars Hand Lens Imager的工具拍摄微小物体的图像。可是为了成功找到微生物化石,那些古老的细胞体积必须很大才行。好奇号要做的不仅是扫描用于构建这类细胞的化学物质,还可以使用它的便携?#20132;?#23398;实验室SAM(在火星上进行样本?#27835;觶?#21040;目前为止,SAM已经发现少量有机分子,也就是里面含有碳分子。

这种环状的化学?#32570;?#20986;现在古代的泥岩中,它的发?#33267;?#31185;学家们激动万分,毕竟这种分子链会制造细胞壁之类的东西。美国宇航局喷气?#24179;?#23454;验室(JPL)的行星科学家阿什?#38534;?#29926;萨瓦德(Ashwin Vasavada)说:“到目前为止,我们?#29615;?#29616;了简单的有机分子。”在地球上,化学实验室的侦?#28966;?#20316;可能会发现,是否有较大的有机化学物质可能会在火星表面?#21040;?#20026;较小的物质,如?#32570;健?/p>

好奇号可能会发现由碳链构成的更大分子。好奇号携带两套烧杯以进行化学实验。干燥烧杯中含?#24515;?#25552;取难以发现的有机化合物的化学物质。而到目前为止,“湿”烧杯还没有被使用过。2016年12月份好奇号执行钻探任务寻找有机物时出现问题,导致其临时进入待机状态。然而,美国宇航局表?#31350;?#33021;的解决方案已经?#34892;А?/p>

2.火星如何从潮湿温暖变得寒冷干燥?

有研究指出,火星上面曾经有过水。事实上,盖尔陨石坑曾经有个被河流填满的湖。?#36865;猓?#22909;奇号首次钻?#20857;?#26679;检测到的化学物质,?#33618;?#22312;非酸性环?#25345;行?#25104;,这种环境对地球类生命来说十分舒适,其中的化学物质包括硫酸钙。岩石中也含有粘土,这些也都是在水里形成的,而且只有在微咸的水中才能形成。

美国宇航局的科学?#19994;?#20986;结论,火星土壤似乎是地球以外发现的“最?#27599;汀?#30340;环境。但事情并未始终保持安逸状态,大约35亿年前,事情发生了变化。现在的理论是,当火星失去保护磁场?#20445;?#26469;自太阳的粒子开?#21450;?#31163;这颗红色星球的大气层。直到今天,火星的大气层继续受到?#36136;礎?#29926;萨瓦德解释称:“这引发了气候变化,从表面可支持水存在的状态变为如今干燥荒芜的星球。”在火星大气中,好奇号发现重元素占了相当大的比例。这支持了一?#27490;?#28857;,即轻元素曾经存在过,但已经成为历史。

还有一个机会,随着好奇号继续向上爬,它可以捕捉到这个地区?#37038;?#21040;干过渡的证据。到目前为止,好奇号已经调查了潮湿时代末期的岩石。它们显示,这个星球的水面湖泊曾经存在了数千年!好奇号现在正在接近的岩石位置显得比较年轻。喷气?#24179;?#23454;验室的研究科学家阿比盖尔·弗雷伊曼(Abigail Fraeman)说:“希望通过观察这些岩石的全球?#21592;?#21270;,我们能从中得到一些启?#23613;!?/p>

3.今天火星真的有流动的水吗?

?#34892;?#30719;物?#20301;?#21560;收水分,然后再分解成液体。好奇号小组在盖尔陨石坑中寻找这样的水爆迹象,它可能是上述过程产生的。结果空空如也。2年前,火星侦察轨道器抓拍到了移动的盐条纹图像。这些表明火星上曾经有过流动的水。这些照片就是最好的证据,可证明火星液态水不会永远消失。夏普山也有这样的暗色条纹,好奇号不时地拍下它们的照片。瓦萨瓦德说:“这是我们?#20013;?#20851;注的事情。”如果条纹改变的方式预示着它们正在移动,好奇号可能会继续寻找水。只是到目前为止,这些条纹还没有改变。

4.火星大气中甲烷的来源是什么?

在地球上,微生物是沼气的甲烷气体的主要生产者。火星空气中也含有甲烷成分,但它从何而来还不清楚。火星大气中的甲烷含量在一年时间里的变化不大,?#38706;然?#21387;力的变化可能是这些微妙波动背后的主因。好奇号将继续监测甲烷水平,还将收集更多的数据,希望能有助于查明其波动的背后原因。

2014年底,科学家们发现火星大气中的甲烷含量上升了10倍。他们现在怀疑,火星大气中的甲烷智慧保留大约300年。所以,这是相当新的补充。瓦萨瓦德说:“这并不一定意味着它正在积极创造甲烷气体,?#37096;?#33021;是老甲烷被从地下释放出来。比如矿物?#35270;?#22320;下水相互作用,有?#26412;?#20250;产生甲烷气体。

火星上的甲烷?#37096;?#33021;是行星表面破裂?#20445;?#34892;星?#26223;?#39063;粒的产物。另一个可能的解释就是上面存在生命!瓦萨瓦德表示:“我们对于火星上到底发生了什么一无所知,但我们不应该排除上面存在生命的可能。”他?#24247;?#31216;,火星生命不太可能存在,但也?#33618;?#23436;全排除在外。





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