据德国《法兰克福评论报》网站2月27日发表题为《为何载人火星任务难之又难?》的文章,内容如下:
众所周知,登陆火星非常困难,而且并不总是能成功。火星的大气密度只有地球大气的1%左右,太过稀薄而不足以让航天器用降落伞减速,但足够在着陆时产生极端高温。迄今为止最重的火星探测器“毅力”号重约1吨,而执行载人任务需要携带更多货物。要让这些货物在着陆时减速,就需要研发全新的技术。
健康风险
宇航员在火星着陆之前就面临健康风险。研究预测,宇航员在执行一次火星任务期间,体重将减轻约15%,主要原因是肌肉萎缩和骨密度下降。脱离了地球磁场的保护,宇宙辐射不仅会损害骨骼,还会显著增加罹患癌症和心血管疾病的风险。一项研究表明,通往火星之旅会严重损害宇航员的肾脏,以至于他们“在回程中就需要透析”。
此外,模拟实验表明,火星任务还会带来心理压力,构成严峻风险。感到压力、精神疲惫和行为障碍的可能性都无法排除,而真正的火星任务只会让情况更严重。毕竟,乘组人员只能依靠自己,紧急情况下也得不到迅速救援。此外,乘组人员之间还可能发生冲突。孤独感也不容小觑:由于距离地球遥远,信号从地球到火星单程需要大约20分钟,无法实现实时通信。
以上这些还不够全面。乘组人员还必须完全依赖生命维持系统。在太空中,故障和失灵可能迅速危及生命,与国际空间站不同,火星上没有宇宙飞船可以快速返回地球。
因此,这些系统必须有能力长时间运行:火星任务通常需要两年或更长时间。在此期间,任何故障都可能导致灾难性后果,而用于替换的零部件都必须从地球一路携带过来。另外,这些系统都要消耗大量能量。至于具体使用太阳能板还是小型核反应堆供能,目前还是个悬而未决的问题,火星上的沙尘暴可能影响太阳能板运作长达数周之久。
燃料供给
假设到目前为止,火星任务的所有问题都已解决,那么现在就该考虑如何返航了。从火星起飞的宇宙飞船需要燃料,才能进入火星轨道并返回地球。但宇航员无法从地球携带这些燃料,因为这会增加载荷质量。因此,美国国家航空航天局(NASA)正加紧研究所谓的“原位资源利用”,即就地利用火星资源。
宇航员理论上可以用这种方法制取氧气,从而获得燃料、保障呼吸。“毅力”号火星探测器进行的名为“火星氧原位资源利用实验”的技术演示已经证明,人类有能力从稀薄的火星大气中提取氧气。但该实验制取的氧气量远不能满足人类火星探险队的需求。NASA称,仅从火星起飞就需要25吨至30吨氧气,此外乘组人员还需要氧气保障呼吸。
还有一个因素会令火星任务的难度再上一个台阶:航天动力学。地球和火星之间大约每26个月才会出现一个有利的发射窗口,在这个窗口期,宇航员可以以最少的燃料和最短的时间完成旅程。这意味着,宇航员在抵达火星后必须至少停留18到20个月,才能等到下一个适合返程的窗口。一旦错过这个机会,任务就会延长两年。这不仅增加了身体和心理负担,也提高了对技术稳定性的要求。
物资保障
还有一点不能忘记:宇航员也需要饮食。食物和水要么随身携带,要么在途中生产。随身携带全部口粮会增加载荷质量,使着陆更加困难,并增加整个任务的成本。一项研究表明,六人进行为期900天的火星任务需要大约十吨食物。
另一种选择是在火星当地建立“生物再生生命保障系统”。但麻省理工学院的一项研究表明,这种系统存在一个致命问题:如果完全依靠种植植物来满足食品需求,火星栖息地的氧气浓度就会超标。
供水是火星任务最关键的挑战之一,六人乘组1000天的饮用水和卫生用水需求约达30多吨。国际空间站已经实现98%以上的水资源回收利用,但火星任务要求的回收效率更高。此外,与生命维持设备一样,水处理系统一旦发生故障,也会危及整个任务。
人类正在研究从火星表岩屑和水冰中提取水的方法,但还是绕不开同一个问题:这些系统必须能高度可靠地运行多年。毕竟,没有正常的水供应,宇航员就无法生存,也无法返回地球。
载人火星任务在技术上已达到可行性的极限,甚至在许多方面超越了极限。但从重物着陆、辐射防护到水资源的获取,未解决的问题堆积如山。这些难题不能仅靠乐观克服,只有通过研究和真金白银的投资才能解决。即使人类未来真能踏足火星,应该也要等多年之后。
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