登陆火星前先在太空种辣椒？解决温饱后还需迈过“三座大山”

几天前，国家航天局宣布招募中国首个火星探测任务的科学目标早期研究小组。据悉，该计划将于2020年实现火星轨道、着陆和巡逻，并在火星上开展全球性的综合轨道探索。与中国稳定的火星探索计划相比，美国人似乎非常焦虑，并开始研究在太空种植辣椒，以确保宇航员在前往火星的途中获得营养。

毕竟，美国宇航局最初的计划是在20世纪30年代将宇航员送上火星，这是一次长达六个月的漫长旅程。

然而，在太空中种植辣椒并不是火星探险者面临的最大问题。国家空间探索技术首席科学通信专家庞志浩告诉《每日科学》说，火星登陆任务分为几个阶段:发射、巡航、降落和着陆，以及地面操作。即使没有探测器，也很难在火星上着陆。如果你带上宇航员，难度会加倍。

毕竟，人类还不能回到30万公里以外的月球上，登陆火星的困难可以想象。

长途飞行到火星会带来很大的干扰

火星距离地球最近时超过5000万公里，最远时约为4亿公里，是地球和月球距离的几千倍。这段距离带来了一系列的麻烦。

第一个问题是沟通。庞志浩说，无线电信号往返于火星和地球之间，延迟时间长达40分钟。信号衰减也很严重，其强度只有从月球发回的信号的百万分之一。

因此，毫无疑问不可能等待来自地面的指令来进行高度精确的操作，例如航天器变轨和近火制动。然而，由飞机独立完成这些操作要求它具有很强的自主能力。

距离造成的另一个问题是飞行时间。根据现有技术，一架飞机从地球飞到火星需要8个月。种植蔬菜可以满足宇航员的口味和营养需求，但科学家仍在努力寻找长期失重和太空辐射对人类健康影响的解决方案。

除了健康问题，宇航员还将面临心理挑战。试想，六个人在一个小木屋里呆了8个月，每天一起漂浮面面相觑，还时不时地体验不可预知的风险，那滋味比坐牢还难受。尽管许多国家已经进行了各种试验来模拟火星飞行和着陆的过程，但地面演习毕竟不能与太空实践相提并论。

最直接有效的解决办法是缩短旅程，但这需要太空飞行器的革命。庞志浩说，美国和俄罗斯正在联合开发核动力火箭，这可以将前往火星的时间缩短到2个月。然而，该计划不仅有许多技术上的困难，而且还有一个严重的副作用——核能产生的辐射，相当于允许宇航员每天拍8张x光片。与核电相匹配的辐射防护措施问题尚未解决。

此外，有四分之一中国血统的前美国宇航员张福林正在建立一家公司，设计一种“可变比冲磁等离子体火箭”。这种核动力火箭据说只能在一个月内飞向火星，但相关技术仍处于研究阶段，远非工程应用。

登陆“可怕的7分钟”考验科技实力

所以目前，宇航员似乎还需要经过8个月的“训练”才能看到火星。当飞船准确完成近火刹车时，他们将迎来火星旅程中最危险的阶段——着陆。

庞志浩说，当探测器进入火星大气层时，它能接收到的遥测信号非常微弱。当它移动到火星的背面时，地球不能准确地获得它的轨道参数。再加上通信延迟的影响，火星着陆过程完全需要探测器自主完成。在这一阶段，探测器的热防护措施是否可靠，以及各种着陆相关设备能否按程序工作至关重要。整个过程被称为“7分钟的恐怖”，许多探测器都失败了。

除了上述风险，载人飞船在火星着陆的方式也需要研究。由于火星的大气密度只有地球的1%，降落伞的功能有限，只能作为辅助手段之一。到目前为止，人类火星探测器主要有三种着陆方式:勇气号和机遇号使用的气球弹跳式着陆方式，Insight使用的反推力发动机和着陆腿式着陆方式，以及好奇号使用的空中起重机式着陆方式。

然而，上述方法都是无人探测器。即使是最重的好奇号也只有960公斤，这已经把现有的方案发挥到了极致。然而，未来载人火星着陆器的重量可能超过20吨，上述方法不适用。

为此，美国航天局于2011年开始对“低密度超音速减速器”进行技术验证，并在随后几年进行了多次试验。

庞志浩介绍，该技术由“超音速充气式气动减速器”和“巨型超音速环形帆伞”组成。其中，气囊式减速器部署在碟形着陆器的外缘。当着陆器降落到火星上时，减速器将膨胀以增加阻力面积，将下降速度从音速的3.5倍降低到音速的2倍左右，从而达到降落伞安全展开的条件。随后，直径33米的巨型降落伞展开，将着陆速度降低到亚音速。

这项技术被称为“一项可以颠覆规则的技术”庞志浩说，随着这项技术的发展，加上由四五个降落伞组成的多降落伞系统，预计火星表面软着陆法可以承受的重量将增加到15吨。

然而，这项技术的发展并不顺利。高空试验接连失败，因此美国国家航空航天局将项目资金削减了一半。直到2017年，这项技术的高空测试才最终成功。

然而，现在谈论载人火星着陆器还为时过早，美国宇航局仍在竞标载人月球着陆器。

表面生存辐射和风暴的死亡威胁

假设宇航员登上火星，这并不意味着他们从现在起可以过上和平舒适的生活。火星上的恶劣环境已经等待了很长时间。

由于大气密度低，火星上的辐射非常强。中国科学院国家天文台的研究员郑永春说，宇宙中主要有两种对健康有害的辐射粒子:第一，太阳耀斑和日冕物质抛射产生的太阳高能粒子；第二是低剂量但长期存在的银河宇宙射线。特别是后者能量高、穿透性强，即使铝板厚度为30cm，防护效果也非常有限。

在这方面，我们只能希望科学家能开发出能有效阻挡辐射并能尽快行走的宇航服。

此外，火星上的风暴也让人们“对风的味道感到苍白”庞志浩说，火星风暴的强度可以达到地球12个台风的6倍，沙尘暴可以覆盖天空，有时会持续几个月。2018年，美国“机遇”号探测车在一场沙尘暴中“遇难”。

有了这么多“限制”，美国能在20世纪30年代实现载人登陆火星吗？

到目前为止，美国宇航局还没有决定载人发射计划，但是科学家们已经提出了各种想法:包括利用月球基地作为中转站；月球轨道空间站或地球和月球上的拉格朗日L2空间站被用作跳板。甚至“抓住”一颗小行星作为跳板等等。然而，人类还没有重返月球，这些“跳板”不知道什么时候会建成。

庞志浩说，根据目前空间技术的发展，建立月球转移站的想法并非不可能。包括洛马之前披露的“火星堡垒”计划，尽管它需要多次发射进入轨道，以及复杂的在轨交会对接和在轨加油，但它是基于已经掌握的技术，可以在大约10年内实施。

他认为，在未来十年左右的时间里，载人发射所涉及的技术问题有望得到解决，但关键在于任务计划是否能保持一致，资金能否持续投入。如果太空计划随着*的改变而改变，将会给计划的进展带来麻烦。