NASA和SpaceX计划点样将人类送往火星并安全返回？

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4月26日消息，喺人类往返火星嘅旅程启动之前，有好多事必须克服。让人类登陆火星呢一艰巨任务嘅主要参同者中有美国宇航局（NASA）和太空探索技术公司SpaceX，佢们喺国际空间站嘅任务上密切合作，但喺载人火星任务嘅设想上存喺分歧。

飞船大小好重要

登陆火星最大嘅挑战是这趟深空旅行所需嘅有效载荷质量，其中包括航天器、人员、燃料、补畀等等。

这幅艺术想象图描绘‌探索火星嘅宇航员和火星上嘅人类栖息地。NASA嘅毅力号火星车搭载嘅多项技术更适合探索火星。

目前而言，将嘢发射到太空所需嘅花费就是其等量嘅黄金价值。

而且有效载荷质量通常只是运载火箭总质量嘅一小部分。

例如，将阿波罗11号发射到月球轨道嘅土星5号火箭重达3000吨。

但佢只能向近地轨道运送140吨嘅有效载荷，呢只占初始发射质量嘅5%，向月球轨道输送50吨嘅有效载荷，呢唔到初始发射质量嘅2%。

质量限制‌前往火星嘅飞船大小和其喺太空中嘅机动。每一次机动都需要更多燃料来启动火箭发动机，而呢啲燃料目前必须由飞船自行携带进入太空。

SpaceX嘅计划系喺地球轨道上用另一艘飞船为前往火星嘅飞船加注燃料，呢意味住相比于单次发射，飞船可以携带更多燃料前往火星。

另一个同燃料密切相关嘅挑战是时间。

将无人驾驶航天器发射到外行星嘅任务常常沿住围绕太阳嘅复杂轨道飞行。佢们借助所谓嘅引力弹弓效应，利用行星引力场进行加速，唔断甩向下一个目标点，以获得足够动能抵达目标星球。

这节省‌大量燃料，但可能需要几年才能到达目标星球。显然，呢是人类最唔愿意做嘅事。

SpaceX载人龙飞船艺术想象图

地球和火星嘅轨道几乎都系圆形嘅，霍曼转移系喺两粒行星之间旅行最节省燃料嘅方式。途中剩系要两次引擎推进，就能让飞船借助一个椭圆转移轨道上从一个行星飞到另一个行星。

地球和火星之间嘅霍曼转移大约需要259天，也就是8到9个月嘅时间。由于地球和火星围绕太阳运行嘅轨道唔同，大约每两年才有可能出现一次时间窗口期。

当然，SpaceX声称飞船也可以喺6个月嘅时间抵达火星轨道，但咁样做会消耗更多燃料。

假设飞船和宇航员顺利抵达火星轨道，下一个挑战将是住陆。

进入地球嘅航天器能够利用同大气相互作用产生嘅阻力来减速。这令到飞船只要能承受住同大气摩擦产生嘅高温，就可以喺地球表面安全住陆。

但是火星大气层比地球稀薄100倍。这意味住火星大气嘅阻力更小，所以喺唔借助外力情况下安全住陆是唔可能嘅。

诸如NASA嘅探路者任务是通过安全气囊住陆，而凤凰号任务等则是使用推进器完成住陆。后者同样需要更多燃料。

火星上嘅一日大约是24个钟头37分钟，但同地球嘅相似之处仅限于此。

火星上稀薄嘅大气层意味住唔可以像地球那样保持热量，所以火星昼夜循环中嘅温度条件非常极端。

火星和地球几乎没有相似之处

火星最高温度是30℃，听起来好唔错，但最低温度是-140℃，平均温度是-63℃。相比之下，地球南极冬季嘅平均温度仅为-49℃。

所以人类需要选出喺火星上合适生存嘅地方，仲要要应对夜间嘅极端低温。

火星重力是地球嘅38%，但空气主要由二氧化碳和氮气组成，所以完全唔可以呼吸嘅。人类需要建一个能控制气候嘅地方。

这幅艺术想象图显示‌NASA宇航员点样喺火星表面工作。左边系一架类似于灵巧号嘅火星直升机。

SpaceX计划发射几架货运飞机，携带物资包括温室、太阳能电池板等关键基础设施，仲有返回地球任务所需嘅燃料生产设施。

返回地球

最后嘅挑战系点样安全返回地球。

阿波罗11号以大约40000公里/个钟头嘅速度进入地球大气层，啱好低于脱离地球轨道所需嘅逃逸速度。

从火星返回嘅飞船返回速度将喺47000公里/个钟头到54000公里/个钟头之间，具体取决于通过乜嘢样轨道抵达地球。

喺进入大气层之前，飞船可以减速到约28800公里/个钟头，但这需要额外嘅燃料。

如果佢们直接进入大气层，地球大气嘅阻力会让飞船减速，剩系要要确保飞船能抵御摩擦产生嘅高温。

呢啲只是载人火星任务面临嘅一啲挑战，而实现呢一目标嘅所有技术要素都已经摆喺面前。人类剩系要要花费时间和金钱，将所有要素整合喺一齐。