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十年后 我们火星见
查字典地理网 来源|2018-05-17 发表|46 人浏览|教学分类:地理科普

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十年后 我们火星见1

  随着时间的推移,在人类的不断改造下,火星将成为一个适合人类生存的地方。

  太阳系中,金星和火星是离地球最近的两大行星。而火星在各方面条件都非常接近地球,各国航天机构也都将其作为重点探测对象。中国在2016年1月正式启动了火星探测计划,将于2020年前后发射火星探测器。

  在探测研究火星的队伍中,SpaceX和特斯拉创始人、硅谷传奇埃隆马斯克格外引人注意。继去年9月份,他提出了雄心勃勃的火星移民计划之后,近日又在《新太空》杂志网站撰文,详细阐述了这一计划,文中介绍了被称为BFR重型火箭的最新设计;同时,马斯克表示已经找到了为建造BFR重型火箭筹集资金的方法。

  一颗红色的梦想星球

  人类在火星上有可能生存吗?中国科学院国家天文台科学传播中心主任、研究员郑永春向《中国科学报》记者详细介绍了这颗红色的星球。

  火星上有山,有水,有峡谷,有大气,有微弱的磁场;火星上有土壤,有岩石,有沙尘暴,甚至地下还有丰富的矿产资源;火星的两极,也有冰冻的白色冰原。这一切,与地球是那么的相似。

  不过,上世纪50至60年代,人类一度把太空探测的重点放在金星上,因为它与地球的大小相似,距离最近。但科学探测后发现,金星其实是一个地狱般的星球:火山爆发,高温、高压,浓密的大气,有毒的降雨。郑永春介绍说,金星上的环境并不如它的名字一般美好,迄今为止,登陆金星表面的航天器工作寿命非常之短,甚至活不过几分钟。这是一个不可能有生命的星球,也不可能让人类移居。

  而随着火星探测的开展,人们对这颗红色星球的热情越来越高。越来越多的科学家认为:如果人类大规模移居,火星可能是最适合改造的行星。一旦在地球上面临难以抵御的重大灾难和危机,人类就可以移居火星,在那里开拓新的家园。 郑永春将火星称为人类的希望之星。

  特别是随着航天技术以及相关科技领域近年来取得的巨大突破,以及人类对火星的了解程度越来越高,这一本来似乎不切实际的想法,正在变得越来越可想象和触摸。

  飞向火星分几步

  要从地球离开、安全抵达火星,并在上面存活下来,需要哪些步骤呢?对此,郑永春认为,有几个关键步骤必不可少:火箭、飞船、登陆方式。

  火箭是离开地球表面的第一步,也被看作航天的基石。郑永春介绍说,美国宇航局正在研制新一代太空发射系统(SLS)。该重型运载火箭最终的运载能力将达到143吨,甚至可能达到165吨,与阿波罗登月时的土星五号非常相近,号称史上最强运载火箭。

  而今年2月,由马斯克的SpaceX发射的猎鹰重型火箭,也是非常强大的运载火箭它搭载一辆红色特斯拉跑车进入了环绕太阳的轨道。猎鹰重型火箭号称现役最大推力火箭,一级火箭可以回收后重复使用,星际运输成本更低。在此基础上,有望打造一条从地球往返火星的廉价航线。

  而马斯克文章中新介绍的BFR重型火箭,运载能力是之前猎鹰重型火箭的5倍。他在文章中介绍说,BFR是一种可完全重复使用的运载火箭,在不经过轨道燃料加注的情况下,预期可以将150吨的有效载荷送入近地轨道。相比之下,猎鹰重型火箭的有效载荷约为30吨,而且只有部分组件可重复使用,二者间也存在巨大的成本差异。

  黑色七分钟,是历史上许多航天器最终未能成功登陆火星的原因。郑永春解释,穿过火星稀薄的大气层是登陆火星的最后一步,这个过程在地球上难以现场指挥,只能靠航天器的自主操作,失败风险最高。

  迄今为止,全世界只有美国的航天器成功登陆过火星。在技术选择上,凤凰号着陆器登陆时采用了可压缩的着陆支架进行缓冲;机遇号和勇气号火星车采用了降落伞减速,辅以气囊在地表弹跳,减少对火星车的冲击;好奇号火星车则研发了新的太空起重机技术,火星车在地表一定高度悬停,通过缆绳慢慢降落到火星表面。未来要想实现载人登陆火星,如何平安度过这七分钟可以说是重中之重。航天员、登陆舱和物资设备重量更大,降落伞难以起到有效的减速作用,除太空起重机,还需要研发更先进的火箭反推和自主控制技术,才能实现有效的平稳减速。

  SpaceX全新的BFR飞船似乎已准备好了解决方案。BFR飞船长约48米,净重约为85吨,可以携带1100吨推进剂,发射时有效载荷为150吨,返回地球时有效载荷50吨。飞船引擎由四台真空猛禽引擎和两台海平面引擎组成,6台引擎都有万向支架连接。

  当BFR着陆时,会有两台引擎点火,如果两台中心引擎中的一个点火失败,它将能够成功地依靠另一台引擎着陆。每台引擎中都有很大的冗余度,因为我们希望着陆风险尽可能接近于零。马斯克写道。

  火星基地建设

  成功抵达火星之后,要如何生存下来呢?

  郑永春着重强调了三点:能源供应、原位资源利用以及辐射防护。以能源供应为例,火星一昼夜是24小时39分钟,因为比地球更远离太阳,仅采用太阳能可能无法满足火星基地需求。核能可能是未来火星基地所需的能源供应方式。

  马斯克提出的新目标是在2022年完成第一次火星货运任务。将在明年第二季度开始建造第一艘飞船,并准备在5年内发射。接下来在2024年,发射4艘飞船前往火星,其中包括2艘载人飞船和2艘货运飞船。在火星上第一个任务目标是找到最好的水源地,之后是建造推进剂工厂。届时,SpaceX在火星上将有6艘飞船,拥有足够的物资建立推进剂工厂,包括大型太阳能电池板,然后进行采矿和净化水,获得大气层中的二氧化碳,然后制造和存储深冷甲烷和氧气。

  郑永春曾预测,或许在2030年,人类可以登陆火星,这与马斯克的时间表似乎存在某些重合。对于马斯克的最近计划,他评价说:我相信移民火星会越来越具有可操作性、现实性。技术的发展还是挺快的,最后加上商业力量的帮助。

  十年后,或许我们就可以火星见。正如马斯克畅想:火星基地最初可能只是一艘飞船,然后是多艘飞船,接着我们开始在火星上建造城市,并不断扩大城市规模。随着时间的推移,在我们的不断改造下,火星将成为一个适合人类生存的地方。(记者 张晶晶)

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