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宇航员为什么无法从火星返回地球?


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宇航员为什么无法从火星返回地球?

来源:宇宙奥秘


如果单纯的想去火星,不用考虑回来的事,确实可以办到!但想用目前的技术把人类从火星带回地球确实有点不现实,甚至可以说不可能实现。虽然近年来,火箭推进、制造和硬件的重复使用得到了巨大的发展。但是,科学家和各种航天机构仍然受到60年代nasa面临的同样的问题,重力和能源的束缚。从火星返回地球比去月球或去火星的单程任务对人类来说更具挑战性和危险性。

                                                                 


首先火星比月球的重力更强

火星上的重力是月球上的两倍多(大约是地球的三分之一)。目前,如果要载人去火星,运载火箭和逃离火星引力所需的燃料成本高得令人望而却步。从月球表面升起的每千克质量需要从地球发射632千克的硬件、燃料箱和燃料。从火星表面发射1公斤重量要比月球贵10倍以上。有人提议用火星上的自然资源建造火箭发射基地或生产燃料。但是采矿设备非常重,得首先运送到火星。即使不采矿,所有的矿产资源都被事先整齐地堆放在火星上,直接拿来用,但将这些资源转换成合金材料和可用的火箭燃料所需的制造设备比直接从地球上携带硬件和燃料还要重。虽然在火星上生产燃料,理论上可行,但这些方法超出了当前的技术。



火星的距离更远

阿波罗号宇航员花了3天时间,从地球到月球跨越了38万公里。地球和火星之间最短的距离大约每2年出现一次,大约是7800万公里,是月球旅行距离的203倍。但在轨道转移的过程中,火星也在运动,因此对霍曼转移轨道原理的应用表明,如果没有极高的能量(比如极高的速度),从地球到火星的最短路径实际上是5.93亿公里,即比月球旅行长了1543倍。



火箭的极限速度

我们可以通过长时间持续加速达到巨大的速度。但是在所有加速过程中,必须带一台重型发动机和足够的燃料以及能容纳燃料的油箱。还有,这么重的设备燃料为了安全着陆在火星上,将需要几乎等量的燃料来减速。解决这个问题需要的一种方法是,在只运输有效载荷的同时,让大量的燃料(也许还有发动机)留在地球上。以光的形式向移动的有效载荷传输能量是实现这一目标的一种方式。但是像核引擎、离子驱动和磁力推进一样,这些都还没有实现。此外,即使是100%效率的发动机也需要大量的能量才能穿越这段距离。



船员的补给

根据上面的第2和第3条,使用任何技术去火星旅行的最短时间是6-8个月。在这段时间里,维持一个船员的生活所需的补给,使本已严重的重量问题雪上加霜。还要考虑在火星上维持宇航员所需的大量补给和避难所。从火星返货所需的补给更加麻烦,因为你需要带更多的燃料和油箱来加速火箭离开火星轨道返回地球。如果想在火星上自给自足,在火星上生产食物,这需要时间来建造,也需要更多的设备来设置和维护,这反过来会增加地球发射的有效载荷质量。诱导宇航员进入深度睡眠状态可以减少所需的总供应,但这种技术目前有风险,也未经测试,不是我们当前技术的一部分。



火星载人计划

美国宇航局2009年的报告“严峻的人类火星任务”确定,一个4人返回火星的任务将需要在低地球轨道上组装多个硬件和燃料的有效载荷,这些有效载荷由拟议中的战神五号火箭(比土星五号更大)运载。战神五号总共需要发射13次,仅是为了将所有硬件、设备、燃料和乘员先送入近地轨道。这将是整个阿波罗计划中土星五号发射的总数。另外四次较小的火箭将把硬件、燃料、补给和机组人员的独立有效载荷从地球轨道推向火星。其中一些有效载荷最终会下降并降落在火星表面,而另一些则在火星轨道上等待。在完成表面工作后,最小最昂贵的发射将把机组人员和土壤样本带进火星轨道,与等待在火星轨道的燃料和补给有效载荷会合,然后飞出火星轨道返回地球。


如果没有冷战的压力,公共或私营部门就没有足够的资金或兴趣来资助这么大的工程。但未来肯定会有载人火星任务,可能很快就会有。但从目前来看载人火星任务只是一个单程旅行,要么就需要发展出今天还不存在的技术。



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