人类为什么必须探索火星？有什么难题需要解决

伤我心太深

　　登上月球，征服火星是地球人类梦寐以求的多年梦想，然而，人已登月成功，实现了第一个梦想，现在，又在紧锣密鼓地准备实现第二个梦想。地球人类在准备实现火星载人考察之前是否收到火星人的正式邀请?否则，他们会欢迎地球人的来访吗?

　　(一)地球人为什么要登火星

　　20世纪杰出的丹麦物理学家尼·鲍尔发现，载人航天无疑是地球人类智慧的胜利，同时也是健全思维的一个悲哀的错误。然而，不管怎样，地球人类在征服宇宙的艰难征程中毕竟迈出可喜的一步。而今天，地球人类即将开始新的创举——征服火星之旅。


　　“千里之行始于足下”，火星载人飞行还得从国际空间站起步。实际上，航天员在国际空间站上做些什么?最重要的是他们通过努力活了下来。此外，他们还对空间站进行日常维修，修正计算机设备可能出现的错误，在工作之余还要同记者、亲人进行对话，甚至还要举行模拟式虚拟婚礼。





　　图：其实，火星跟地球有许多相似之处和奇异之处。

　　由于“挑战者”号和“哥伦比亚”号航天飞机为地球人类的航天事业已“英勇捐躯”，只有靠“进步”号货运飞船为国际空间站送去水、空气和食品，但不是实验用的仪器和设备。要知道，如果大部分实验在空间实验室里进行，成本会低得多，因为至少是借助轨道机器人进行。如果国际空间站暂不关闭，将来有望会更好。不过，对航天专家来说，这一光明未来的重要因素之一就是组织和实现火星载人考察。


　　火星是太阳系中酷似地球且举足轻重的行星，多年来对火星的大量考察证明，昔日的火星上曾存在过生命，而且今天也可能存在生命，甚至是更发达的高智慧生命。因此，考察火星对地球人类来说具有不可估量的深远意义。当然，借助行星际自动站、探测器、火星车和机器人考察火星是一个很经济又风险小的方案。不过，从火星的重要价值来看，对火星进行载人考察，即便造价高，风险大也值得。


　　因此，科学家们所面临的一个重要课题是，对火星载人考察进行科学论证，以便制定对火星载人考察目标和科学任务。
　　不过，有科学家认为，对这种火星载人考察不能进行科学论证，只能对其作出哲学的或未来预测学的诠释，譬如，假设地球由于同小行星或大彗星相撞而发生某种宇宙悲剧或生态悲剧，那么在太阳系其他天体上建立永久生活基地，自然是地球人类所面临的一项最迫切任务。


　　有些人听了类似的论证后对他们能否说服人们必须去火星表示很大怀疑，万一将来有一天地球人全部毁灭了，还可以在火星上继续生存下去，哪怕是1000人。应当用《圣经》中诺亚造方舟的经典传说让这些人醒悟，诺亚方舟毕竟拯救了地球人类的代表而使其免于灭绝。必须强调指出，这种“诺亚方舟”拯救方案是胜过其他任何方案的最佳方案。


　　这里，有必要引用一条最新的天文预测消息，据美国天文学家预测：2014年3月21日，一颗大质量小行星可能同地球相撞，自太阳系诞生时起，这颗大质量小行星就已在宇宙空间“流浪”了45亿年。



　　图：尽管地球遭遇宇宙“杀手”的几率很小，人类又有防范的万全之策，不过，把火星改造成地球人类的“诺亚方舟”才是当务之急。


　　诚然，读了美国科学家的这条预言就像读了一段科幻小说，不过，话又说回来，尽管天文学家认为，发生这种宇宙大悲剧的几率不大于1/909000，但是，一旦地球同那颗大质量小行星相撞，地球所受到的撞击力相当于20000000颗日本广岛原子弹同时爆炸产生的威力。不过，现在已经是2016年了，这种宇宙悲剧也没有发生。然而，我们对这些计算和预测能相信多少?根据各方面情况判断，眼下，谁也没打算为自己建造小行星避难所，以避免灭顶之灾。为什么呢?因为第一，这样做无济于事。第二，还很可能这些避难所对我们毫无用处——周期性火流星会呼啸而至与地球擦肩而过。



　　图：全球小行星预警与防范系统对发现的“天外来客”予以处置。

　　总之，对小行星接近地球的计算没有一次是准确的。那就让我们作最坏的打算，一旦确定了：那颗大质量小行星势必要同地球相撞，将会发生什么?许多研究人员认为，这场大撞击将使地球大气层和上面的生命全部毁灭，高达几千米的海啸巨澜将肆虐全球，整个地球文明将荡然无存。为了避免这场灭顶之灾，科学家们提出防患于天外“不速之客”的两种方案：方案Ⅰ：向对地球构成威胁的危险天体派遣伞兵爆破机器人在该天体上登陆，用重磅炸弹将其炸毁。或向其发射核弹将其催毁。




　　图：NASA来袭小行星预警系统发射航天器在其上面着陆，借助喷气发动机改变小行星轨道使它偏离地球而去。

　　方案Ⅱ：向来袭天体发射大推力火箭在它上面进行软着陆，并同它捆绑在一起，借助火箭推力改变来袭天体的运动轨迹，使其偏离或背离地球方向。可是，还有一些科学家认为，从地球目前的科学技术发展水平看，一旦发现来袭天体，在短时内未必能来得及采取有效措施阻止来袭天体。



　　(组图2)：美国科学家专门研制出一种专用太空激光武器对付来袭的小行星以保护地球。

　　不过，现在看来我们很走运，2014年春早已过去了，可是，什么不幸事件也没发生，我们终究应该好好考虑一下地球人类向火星移民的方案——这是事关地球人类的前途和命运的最后抉择。眼下看来，那位美国天文学家关于小行星撞击地球的预言落空了!我们应该考虑地球人类向火星移民的问题了!


　　(二)国际空间站——火星载人飞行的实验场

　　目前，航天设计师们正在根据航天业的未来发展趋势和火星载人飞行的需要，采用新方法，设计和研制更轻的充气宇宙飞船、把废弃物加工成食品的闭合式循环系统以及在火星上生产飞船返回地球所需的火箭推进剂——这比全部从地球上携带要廉价得多。所有这些对火星考察来说既安全又经济。然而，专为火星考察制造的各系统构件将在国际空间站上进行试验。要知道，建造这样的空间站只是为人飞向火星及其他行星的一个准备阶段。将在空间站上研究长期失重条件对人体的影响及其他研究课题。




　　图：国际空间站全貌。

　　目前，NASA已暂停“波音”公司的专家们为国际空间站设计生活舱的工作，因为考虑到将改用简易轻体充气房——活动式太空房以取代生活舱。这种新型活动式太空房可成为空间站居民的主要住宅。


　　设计师们将采用复合材料制造的简易轻体芯壳取代活动式太空房的金属外壳。这种芯壳周围包覆着一种柔软结实的普列烯浸制织物，今天的新型防弹背心就是用这种材料制成的。美国休斯顿“约翰逊”航天研究中心的设计负责人芬·多娜认为，如果这种活动式太空房在空间站上能经受住考验，那么它将被用做月球、火星和太阳系其他行星上的生活舱。她说：“我们正在设计充气太空房，该设计比我们的先驱者设计的会更可靠、更经济、更优质。我们不专门为火星载人飞行设计设备，我们考虑到我们研制的充气太空房的万能性特点，即便在火星上也勿需作较大改动。”要知道，在航天飞机上，供航天员使用的这种生活舱是很紧凑地拥挤在货舱中的，它的舱室周围还包覆着一层外壳，这样一来，生活舱的直径就只有3米多一点。然而，美国航天设计师最新设计的活动式太空房，舱内充气后可在宇宙空间变大舒展，其直径最大可达8.5米，长约8米。


　　最后，在太空中会诞生一个类似3层楼大小的活动式太空房，6名航天员可在这里舒适地生活。这种太空房只有5吨重——它仅是美国“波音“公司现在准备采用传统工艺设计的生活舱重量的1/2。须知，航天员还需要有第二空间，当活动式太空房展开后，航天员不仅能获得供工作和休息用的舒适空间，而且还有一个可供个人使用的体育馆。此外，这种活动式太空房靠外设防护屏还具有能明显增强其抗宇宙射线的防辐射性能。因此，设计师们建议，给航天员大部分时间在那里度过的活动式太空房的中心部分“穿”上一件12—15厘米厚的“水衬衫”——它能有效地阻止宇宙射线中的放射性粒子和太阳爆发时抛射出来的离子流的通行路径。这种“防护盾”在飞向火星和身处火星时特别需要，因为火星不同于地球，实际上它缺少能保护一切生命免遭有害辐射的磁圈。


　　(三)为什么“火星使命”会使人毙命


　　火星载人飞行将把地球人送进开发宇宙的下一个极限(飞碟研究者则认为是“禁区”)，现代技术冒着何等风险能战胜几乎难以想象的困难吗?
　　本周四结束了30年的“亚特兰蒂斯”号航天飞机计划，人类开启了开发宇宙的新阶段。通常认为，我们在最初阶段学会了认识月球，从而让我们知道，月球本身隐藏着某些秘密，无论从理论上还是实践上都可以去探索月球，但必须得掌握知识。很多计划在等待着我们去月球上实施，但是世界在渴望开发新领域。




　　图(组图1)：地球人类继登月之后正在开启火星之旅。

　　目前的当务之急就是征服火星之旅，轨道探测器和在火星上考察的火星车会有如此深的感受。然而，人类的脚步还尚未踏上火星，没有一颗行星不在向人类展示它的构造、表现和模拟未来的如此可能性。尽管考察和研究了几十年，但是去火星的长期旅行可能还只是停留在理论上。除了在行星际旅行使命上的大量物质和巨额投入外，还存在必须克服的工程技术和生理上的障碍。


　　(四)火星载人飞行将受到辐射威胁


　　在对美国“好奇”号火星车飞向火星期间对辐射剂量资料的分析显示，火星载人飞行除了要克服漫长的火星之遥的艰辛外，还将受到严重的辐射威胁。顿·哈斯莱尔领导的美国西南研究所的科学家认为，在180天的火星之旅中，每一名乘员要平均受到约300毫希的辐射。这约相当于对腹腔24层X射线断层摄影的辐射计量，或一名核电站工人被认为允许的15个单位的辐射剂量。




　　(组图2)：火星考察者无论在宇宙空间还是在火星上都会收到来自辐射的威胁。


　　甚至考察者飞抵火星后也还会面临危险。一切问题在于，火星不同于地球，它没有磁场，而且大气层又很稀薄。虽然原则上火星表面的辐射剂量降至2.5倍，是因为由于火星地壳具有防辐射的保护作用。原则上，在火星上逗留500天的辐射总剂量约相当于国际空间站航天员在轨道上半年时间所受到的辐射计量。例如，俄罗斯航天员谢·克里卡列夫在“和平”号轨道站上停留311天所受到的辐射计量比在火星上度过500天所收到的辐射剂量还要多。来自银河系外宇宙辐射源的背景辐射和来自太阳射线的极强辐射的综合作用使人离火星越来越近。来自每一个方面的辐射性影响在飞向火星的6个月漫长时间里是相当危险而且危害极大。美国休斯顿约翰逊航天中心宇宙辐射计划首席研究员弗·库基诺塔说：“在飞向火星的这一漫长的旅行中所受到的辐射将超过允许水平。


　　这会导致癌症，这还并非最可怕的，强辐射能对心脏和中枢神经系统产生影响。”因此，眼下，在研制运载工具中的乘员周围的防护屏时必须考虑到这一点。实际上，铅板在宇宙射线的影响下会产生二次辐射，同时，水可能成为最好的防护形式，不过，水层的厚度必须达到几米。虽然它们是保护宇宙飞船必不可少的，但是，铅和水都太重，不符合负荷小的要求。这些问题的解决涉及到对航天员的挑选，航天员的条件必须是永远不吸烟，而且对射线损伤具有遗传上的抗辐射能力。“在5—10年前我们还不知道这种能力，现在有可能了解，可是，我们必须在最近10—15年内找到这个问题的答案。”科学家说。遗传防护再加上专门的防护屏飞船——第一个问题就这样解决了。


　　然而，NASA认为，火星征服者所受到的辐射剂量虽然很大，但是，NASA正在为宇宙飞船及其乘员研制抗辐射保护装置。因此，把人送上火星的日期暂且不能确知。


　　在缺少重力环境下的危害

　　在火星之旅，如果失去重力，人的机体就会停止发挥功能：
　　1)每个月损失掉1%的骨质量。
　　2)再回到重力环境下就会昏厥(女性重于男性)。
　　3)会出现心理问题，包括“阿兹盖莫尔”型老年痴呆症。
　　4)心血管衰竭等问题。
　　5)肌肉萎缩。机体内发生的所有这些过程会使行星际旅行者飞抵火星后建立避免室外环境影响的防护性避难所的可能性降至零。
　　解决方案：在微缺重力的人工环境下的跑步训练路段进行大运动量训练会有帮助，但不排除风险。宇宙飞船内应设立一个小舱室，用于重建重力。还可以研制一种专用压缩航天服，它可以让体液向腿部分布，有助于保持工作能力。


　　星际旅行的心里影响


　　假如参加“火星500”训练的6名航天员在与世隔绝的封闭空间待上18个月，然后马上来到从未有人的地方，那就不可能不产生严重的心理问题。
　　在《NASA关于根据在南极洲及其他隔绝环境研究的人资源问题报告》中说：“由于失眠、疲劳、负荷过大、昼夜不同步导致人的失误酿成的巨大风险，再加上乘组缺乏团结、学习和社会心理适应性差均会导致不可挽回的后果。”解决办法在于，必须仔细精选航天员。NASA还设计一种方案，在火星飞船上安装监视器，可随时监视航天员的声音和面部表情，以便诊断应激反应的早期征兆。如果航天员已踏上火星之旅，那如何帮助他们?


　　航天员的餐饮


　　去火星的旅行者必须是素食者，因为肉类在太空中无法贮藏。饮食必须确保乘员能自然保持战斗精神，只有正确的饮食才能保持机体处于良好状态。
　　然而，研究表明，辐射能破坏飞船上食品中的维生素，甚至损失掉食物链中的一种维生素，都可能在长期旅行中对身体造成严重后果。目前，还很少知道辐射对食品的长期影响，因为国际空间站乘组还部分受到地球磁场的保护。解决方案：可以在飞船上直接生产食品。研究人员在南极曾进行过类似实验，当然可以进行相比较。


　　(五)火星载人飞行的难题与前景


　　去火星旅行的时代正在向我们招手，不过，要真正实现火星旅行却不是一件轻而易举的事，尚需解决一系列重大的航天技术性难题。乘飞船飞抵火星再返回地球，根据已选定的行星际航线需要520昼夜。我们把这一飞行时间作为整个计算的基数来计算“航天载荷”。大家知道，一个人若处于半卧姿态，不做重体力工作，一昼夜约需1千克氧。照此计算，如果计划去火星旅行，飞抵火星再返回地球，对火星飞船上的每一名航天员来说至少需要550千克氧。须知，这一需氧量并非是火星飞船上的全部载荷，还需考虑到用于消除火星飞船密封舱中二氧化碳的清除剂的重量。因为一名航天员每昼夜要呼出几百升二氧化碳，如果火星飞船中的空气得不到及时净化，当二氧化碳含量达到20—30%时，人就会因窒息而死。因此，需在火星飞船上安装空气化学再生装置。目前，在载人航天飞行中使用一种叫氧化锂的化合物，这种物质能根据需要吸掉二氧化碳。不过，这种清除二氧化碳的方法还存在一定缺点，即氧化锂的饱和速度很快，一名航天员每昼夜约需1.5千克氧化锂。这就是说，要完成对火星的载人飞行，每一名航天员大约需要800多千克氧化锂，包括航天员呼吸所需的氧在内总重约为1.5吨。


　　还有一个问题是，火星飞船上还需携带航天员所需的食品和水，这就产生了更大的困难和问题。我们来算一下，从地球出发飞抵火星再返回地球，还需在火星上考察呆上20天，至少共约需520昼夜，航天专家认为，实际操作起来这一火星之旅的全程需时可能会延至700天。若按700天计算会得出如下结果：一名航天员每天需总热量12600焦耳的特制食品，这就是说，若按一名航天员每昼夜需要600克干食品计算，一名航天员在飞抵火星后再返回地球的整个航行期间，约需420千克食品。通常，按照严格的生活制度，一名宇航员每昼夜约需2千克饮用水，只有这一需水量才能保持人体内的水平衡。此外，机体水平衡还取决于人体一昼夜的耗水量，一个成人通过肺和皮肤平均可排出800克—1000克的水。另外，还排出1200克—1400克的尿液和约100克的粪便。


　　此外，在火星飞船上，除饮用水外，每一名航天员至少还需4—12千克的清洁用水。如果采取措施能使用一种经净化处理后可重复利用的水，那么火星飞船上的需水载荷还会大大减少，如不考虑这一可能性，每一名航天员的总需水量则约为3吨。当然，我们不可能只派遣一名航天员去完成如此遥远而艰难的星际旅行。目前，俄罗斯宇航局和欧洲宇航局已决定选派6名航天员组成火星飞船乘组。按上述航天员700天的人均物资耗用量方案计算约为6320千克/人(700天)，而6名航天员700天火星之旅的物资耗用总量应为6320千克/人X6人=37920千克，合计37.92吨。此外，火星飞船6名乘员、航天服、各种科学考察仪器和设备以及所携带的生命保障装备的重量，再加上飞船在航行过程中进行机动飞行、姿控、在火星上着陆、再返回地球，还有在近地轨道上制动飞行所需的推进剂重量，合计可达300—3000吨。为尽量减少火星飞船上航天员的生活给养载荷，俄罗斯航天专家提出一个美妙的设计方案：把火星飞船变成一个微型“人造地球”，在上面建立一个人工闭合式生态系统，该系统犹如我们地球的生物圈，它能根据航天员的各种需求进行自然的物质循环。


　　UFO中文网结语：虽然人类必须登录火星，但是目前来说【近十年】还是有很多难题需要解决，我相信中国会是第一个登录火星的，你们觉得呢?