登陸火星用月球做跳板？“火星服”要大減負(fù)

　　有中國(guó)志愿者王躍參加的人類首次全面模擬火星載人航天飛行“火星-500”試驗(yàn)，自6月3日在莫斯科啟動(dòng)以來，已順利進(jìn)行了一個(gè)半月時(shí)間。而美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬今年4月表示，美國(guó)將放棄旨在重返月球的“星座計(jì)劃”，期待到本世紀(jì)30年代中實(shí)現(xiàn)載人登陸火星。那么，我們真的有可能親眼目睹人類登臨火星的壯舉嗎？和登月相比，人類登陸火星要克服哪些特殊的困難——

　　發(fā)射重量大大增加

　　利用空間站、月球做“中轉(zhuǎn)”？

　　上世紀(jì)六十年代末七十年代初，人類曾完成了六次登月。然而和登陸月球相比，人類登陸火星最顯而易見的困難就是太空飛行的距離大大增加。距離的增加會(huì)帶來一系列的問題，登火星的困難多半與此有關(guān)。

　　國(guó)家天文臺(tái)研究員李競(jìng)告訴筆者，月球基本在一個(gè)圓軌道上圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，距離差不多是38萬千米。以現(xiàn)有的火箭，差不多三天內(nèi)都可以到達(dá)。而火星和地球都圍繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)，相互的距離是一個(gè)大變量。當(dāng)它們處在太陽的同一側(cè)時(shí)距離最短，光線大約要走四分鐘；而當(dāng)它們分處于太陽的兩側(cè)時(shí)，距離最長(zhǎng)，光線大約要走二十分鐘。即便是最短距離也差不多有6000萬千米，比地月距離遠(yuǎn)了一二百倍。而火箭飛向火星，需要半年多的時(shí)間才能到達(dá)，加上在火星逗留的時(shí)間，人類從火星往返，差不多需要一年半的時(shí)間。

　　一年半的時(shí)間，宇航員需要的食品、飲料、氧氣，飛行、返回的燃料等都要隨艙攜帶，就是一批很大的物資，而且這么長(zhǎng)時(shí)間的飛行，總要給宇航員一定的活動(dòng)空間，軌道艙不能太小，這和載人登月以及無人探測(cè)火星時(shí)的情況都是大大不同的，這就使火箭的起飛重量成倍增加，而目前人類還造不出這樣大的火箭。

　　中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心研究員、曾任載人航天工程應(yīng)用系統(tǒng)副總指揮潘厚任告訴筆者，除了在火箭技術(shù)上尋求突破以外，還有另外一些可能的解決問題思路，比如把飛船、物資、火箭等一部分一部分地運(yùn)到地球空間站上去，在空間站里組裝起來之后再向火星發(fā)射，這樣就可以擺脫很多地球引力的影響。同樣的思路，利用月球作為中轉(zhuǎn)“跳板”，也是一種可能的辦法。

　　火星引力比月球大

　　“火星服”要“大減負(fù)”

　　潘厚任介紹說，月球引力是地球的六分之一，而火星引力是地球的38%�；鹦且�力是月球的差不多一倍，這個(gè)差別也會(huì)帶來一系列的問題。

　　首先是登陸火星的宇航服問題。當(dāng)年“阿波羅”計(jì)劃中的登月服，在地球表面重量約一百千克，在月球表面重量是十幾千克，人穿上在月球表面活動(dòng)還是可以接受的。但這套服裝在火星表面的重量是近四十千克，相當(dāng)于人扛著七八十斤的重量四處活動(dòng)，就顯得太重了。因此，必須研制出適合登陸火星的宇航服，它在地面上的重量應(yīng)該不超過五十千克。

　　同樣由于火星引力比月球大了一倍，返回火箭要克服的引力也大了一倍，登陸艙與繞火星運(yùn)行的軌道艙會(huì)合后，需要達(dá)到每秒5公里以上的速度，才能克服火星引力，踏入返回地球之旅。

　　而且與月球相比，月球上完全沒有大氣，而火星上雖然大氣很稀薄，但畢竟是有的，因此也有氣象。從地球上觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)火星上的沙塵暴很厲害，這對(duì)返回火箭的發(fā)射都可能帶來影響。

　　選擇發(fā)射窗口不容易

　　一旦錯(cuò)過要等兩年多

　　正如前面所說，由于火星與地球相互位置關(guān)系比較復(fù)雜，選擇發(fā)射窗口及飛行路徑就是一個(gè)十分復(fù)雜的工作，絕不像打槍瞄準(zhǔn)那么簡(jiǎn)單，可以說每個(gè)火星探測(cè)器走的路徑都不盡相同。

　　而載人登陸火星，不但要選擇合適的發(fā)射窗口，還要考慮登上火星后，是否有合適的返回窗口。一旦錯(cuò)過，火星和地球會(huì)越飛越遠(yuǎn)，等待下一次火星與地球再來到與太陽同一側(cè)的最短距離，需要780天之后了。

　　由于要同時(shí)考慮發(fā)射和返回，因此發(fā)射窗口和返回窗口都不可能是最佳選擇，這需要進(jìn)行復(fù)雜周密的計(jì)算。

　　同樣由于距離遙遠(yuǎn)，對(duì)飛船的跟蹤、測(cè)軌、通信工作都帶來了很大的挑戰(zhàn)。而火星上溫度很低，年平均氣溫在零下60攝氏度左右，這對(duì)電子元器件的正常工作是個(gè)巨大考驗(yàn)。李競(jìng)介紹說，蘇聯(lián)曾多次發(fā)射火星探測(cè)器，也曾進(jìn)入火星軌道甚至在火星著陸，但都沒有有效地解決通信聯(lián)絡(luò)問題。而2003年6月2日，歐洲宇航局“ 火星快車”探測(cè)器發(fā)射升空，它攜帶的“獵兔犬2”號(hào)登陸器預(yù)定于2003年12月25日凌晨登陸火星，但直至今日地面控制中心仍未與其取得聯(lián)絡(luò)。如果這樣的事情發(fā)生在載人火星登陸上，無疑會(huì)釀成慘劇。

　　太空生存一年半

　　挑戰(zhàn)精神、生理新極限

　　潘厚任介紹說，人類到目前為止，最長(zhǎng)的太空飛行記錄是438天，是由一位俄羅斯宇航員在和平號(hào)空間站上創(chuàng)造的，當(dāng)時(shí)人回來是用擔(dān)架抬下來的。這是一個(gè)比較極端的試驗(yàn)，而現(xiàn)在通常的做法是，空間站上的宇航員要半年換一批，這樣比較符合人體承受的限度。

　　而人類往返火星，需要在太空停留約一年半，不但超出了目前為止人類太空停留的極限，還要完成登陸火星等很多復(fù)雜的工作，人的精神體力到底能不能受得了，將是很大的疑問，目前進(jìn)行的“火星-500”試驗(yàn)，就是對(duì)此進(jìn)行的試驗(yàn)探索。

　　舉一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，在火星上與地球進(jìn)行一問一答一次最簡(jiǎn)單的對(duì)話，要花費(fèi)十幾分鐘的時(shí)間，這對(duì)人的耐心就是個(gè)考驗(yàn)。而且一年半的時(shí)間里，如果總吃太空食品人體是否能承受？不過對(duì)此潘厚任介紹說，可以考慮在飛船內(nèi)種一些蔬菜加以解決，這個(gè)在技術(shù)上并不困難。

　　鏈接

　　人類為何要登陸火星？

　　- 對(duì)科技發(fā)展是巨大推動(dòng)

　　國(guó)家天文臺(tái)研究員李競(jìng)告訴筆者，人類探索外星球，絕不僅僅是為了滿足好奇和幻想，而是對(duì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的巨大推動(dòng)。比如，美國(guó)科學(xué)技術(shù)與蘇聯(lián)一下子拉開了巨大差距，主要是由于登月計(jì)劃的成功實(shí)施帶來的。今天所有的高科技，如果追根溯源，往往都可以追蹤到當(dāng)年的“阿波羅”計(jì)劃，像無線通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的突破，都是出于人類登月的需要。

　　可以想象，人類登陸火星計(jì)劃的實(shí)施，必然會(huì)給人類科學(xué)技術(shù)的新突破帶來強(qiáng)烈刺激，最終給人類的發(fā)展帶來福祉。而科學(xué)技術(shù)的突破，往往需要設(shè)定一個(gè)具體目標(biāo)作為抓手，才能集中力量獲得實(shí)現(xiàn)。

　　- 了解外星球未解之謎

　　李競(jìng)說，正是由于人類登月以后撿回了月球巖石，在月球上安裝了月震儀，才對(duì)月球的起源、形成有了更深入的認(rèn)識(shí)。如果人類能夠成功登陸火星，一定會(huì)對(duì)火星的認(rèn)識(shí)有更大的突破。

　　長(zhǎng)期以來有一種說法，認(rèn)為火星上有大洪水沖刷的痕跡，并由此推測(cè)火星上曾經(jīng)有過生命，但是后來由于環(huán)境惡化，生命滅絕了。甚至有人更進(jìn)一步提出，火星的過去就是地球的現(xiàn)在，火星的現(xiàn)在就是地球的未來。李競(jìng)說，人類如果能夠登陸火星實(shí)地考察，甚至如果能夠獲得火星生命化石，一定會(huì)讓我們對(duì)于宇宙和生命的認(rèn)識(shí)有大的突破。 王凌光