前路漫漫的火星登陆之旅

陈礼英

锐·聚焦

前路漫漫的火星登陆之旅

陈礼英

随着“勇气号”火星车顺利登陆火星，这颗远在上亿千米之外的“红色星球”再次点燃了人类探索的激情……

早在2010年6月，中国志愿者王跃就参加了在俄罗斯进行的人类首次全面模拟火星载人航天飞行——“火星-500”试验，人类去火星与登月相比，还要克服哪些特殊的困难呢？

发射重量将大大增加

火星探测以难度大、失败率高而著称。统计显示，40多年来，世界各国发起的30多次火星探测计划中，有2/3以失败告终。与登陆月球相比，人类登陆火星最显而易见的困难就是太空飞行的距离大大增加。

有科学家指出，月球是围绕地球运转的卫星，平均距离差约38万千米。即便如此，用现有的最大运载火箭，也要差不多三天时间才能到达。而火星和地球都围绕太阳运转，相互间的距离是一个变量。当它们处在太阳的同一侧最短距离时，光速飞行大约要4分钟；而当它们分处于太阳的两侧时，最长距离，光速飞行要20多分钟。即使是最短距离也差不多有6000万千米。用大推力火箭飞向火星，单程就需半年多时间，若加上在火星逗留的时间，模拟计算人类往返火星约为520天。

在这一年半的太空飞行时间内，宇航员生存所需的食品、饮料和氧气，往返所需的燃料等都要随舱携带。同时，长时间的飞行，需要给宇航员预留一定的活动空间，意味着轨道舱不能太小。这和载人登月以及无人探测火星的情况都大相径庭，起飞重量成倍增加，而目前人类还造不出这么大功率的火箭。

科学家除了在火箭技术上寻求突破外，还提出了另外两种解决问题的办法：一是把飞船、火箭和物资分批运到地球空间站上去，在空间站里组装起来之后再向火星发射；二是利用月球作“跳板”，在月球上中转“加油”再飞向火星。

>>美国登陆火星的U R-90 0火箭

>>重量不断减轻的宇航服

克服较大的火星引力

火星引力差不多是月球的一倍，这会带来一系列的问题。首先是登陆火星所需的宇航服问题。当年“阿波罗登月计划”中的登月服，在地球表面的重量约为100千克，在月球表面的重量是十几千克，宇航员穿上后在月球表面活动还是可以承受的。但如果在火星表面，这套服装的重量就变成了38千克，相当于扛着重物四处活动，这就显得太笨重了。因此，必须研制出登陆火星的宇航服，它在地面上的重量应该低于50千克。

同样，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，登陆舱与绕火星运行的轨道舱会合后，需要达到每秒5千米以上的速度，才能摆脱火星引力，踏上返回地球之旅。

此外，月球上完全没有大气，而火星上有稀薄的大气。科学家们从地球上观测发现，火星上的沙尘暴可能对返回火箭的发射带来影响。

选择发射窗口并非易事

火星和地球都绕太阳运转，相互位置关系比较复杂，选择发射窗口及飞行路径是一项十分复杂的工作。

载人登陆火星，不但要选择合适的发射窗口，还要考虑宇航员登上火星后，要有合适的返回窗口。一旦错过了，火星和地球会越来越远，等下一次火星与地球再恰逢最短距离时，已是780天之后了。

由于发射和返回的路径都需要事先设定，因此发射和返回窗口不可能都处在最佳选择，这需要进行复杂周密的计算。

同样由于距离遥远，飞船的跟踪、测轨、通信等工作都会有很大难度。火星上温度极低，年平均气温在-60℃左右，这对电子元器件是个巨大考验。苏联曾多次发射火星探测器，也曾进入火星轨道甚至在火星着陆，但都没有有效地解决通信联络问题。而2003年6月2日，欧洲宇航局“火星快车”探测器携带的“猎兔犬2号”登陆器预定于2003年12月25日凌晨登陆火星，但直至今日地面控制中心仍未能与其取得联系。如果这样的事情发生在载人火星登陆活动中，无疑会酿成惨剧。

>>选择最佳发射窗口

>>未来的火星农场

挑战精神和生理极限

到目前为止，人类最长的太空飞行纪录是437天17小时58分17秒，是由俄罗斯宇航员波利亚科夫在“和平号”空间站上创造的。当时他返回地面后是被人用担架抬下来的。这是一个比较极端的试验，而现在通常的做法是空间站上的宇航员要半年轮换一批，这样比较符合人体承受的限度。

人类往返火星，需要在太空停留约一年半时间，这不但超出了迄今人类逗留太空的纪录，而且还要完成登陆火星等很多复杂工作。更何况，在火星载人飞行途中，由于长期身处失重环境，宇航员体内的钾离子代谢将发生改变，人体会处于缺钾状态。宇航员的精神和体力到底能否适应火星的气候环境，将是一个很大的挑战。“火星-500”所做的试验，也是对此进行的实验探索。

此外，人类登陆火星还面临其他挑战。宇航员在火星上与地球进行最简单的对话，都要耗时十几分钟。还有，在宇航员逗留太空的这一年半内，即使有了火星生命保障系统，种植的太空蔬菜、粮食和水果人类能否食用；飞船内种植的蔬菜能不能移植到火星上等问题，都亟待验证。

特别是各国都在研究的“太空农业”，地球上种植的蔬菜到了真实的月球环境下会不一样，到了火星环境下又有可能是另一回事。美国早在20世纪60-70年代就有了“太空农业”的设想，也曾对月球表面进行广泛考察，并搜集大量月球风化层样本。月球风化层是由灰尘、泥土、碎石和其他物质组成的混合物，松散地覆盖在固体岩床之上，这种混合物被叫做“月球土壤”。美国研究人员将“阿波罗11号”和“阿波罗12号”飞船带回的月球土壤样本，撒在35种植物的根部和叶片上，这些植物仍然能够茁壮生长。同样，动物实验也表明，与月球样本的接触并没让动物受到不良影响。这样，将来宇航员在月球上建立温室，控制水热，利用月壤开发农业，就有了可能。尽管科学家对月球表面了解甚多，但却从未对火星土壤做过实验，因此科学家目前还不清楚火星土壤是否适宜植物生长。但火星上曾经存在水的证据又让人们看到了希望。

在火星这颗红色星球上，谁会成为率先被种植的植物？答案或许是芦笋。因为据2008年美国“凤凰号”火星着陆探测器的取样分析结果显示，火星北极土壤与地球上某些区域的土壤在酸碱度等方面存在相似之处，这样的土壤符合种植芦笋等作物的要求。也许在不久的将来，到火星上探索奥秘的人类便有望吃到火星上种植的美味蔬菜了！