5千萬公里長征,中國宣佈載人登火星計劃

據國內媒體“China daily”(中國日報)報道,航天科技集團公司在去年11月8日表示:

載人航天計劃的下一步將是對月球的載人探索,(我們將)在月球上建立基地進行科學操作,擴大人類的宜居之地,並獲得月球以外的深空探險的經驗和專業知識。長期目標是將人類送入火星。

這是中國航天工業首次公開公佈載人登陸火星的計劃。西方媒體對這一公開十分感興趣。

對此北京空間技術研究員龐之浩向媒體表示,人類登上火星非常有意義,並補充說,一些中國科學家已經提出在2050年之前完成載人火星任務。“向火星派遣宇航員將使人類有更好的機會在火星上尋找生命的痕跡。這一點很重要,因為在我們的太陽系中,火星與地球最相似,所以對那裡存在生命的可能性的研究將使我們能夠更好地瞭解我們的母親星球上生命的起源和進化。”龐之浩說。

龐之浩表示,“如果現有的無人飛行任務在火星上發現了任何形式的水,那麼宇航員就可以被派往那裡建立前哨基地,以

探索大規模星際移民的可行性,尤其是在地球一旦發生災難性的事件。然而他也承認科學家和工程師必須克服許多困難才能將載人任務發送到火星。首先火星離地球很遠--最近的距離是5500萬公里,這意味著往返需要500多天。其次,將載人火箭送入地球-火星轉移軌道需要達到逃逸速度,即每秒11.2公里。”

其他應該考慮的因素包括前往火星的航天器與地球之間的通訊干擾,維持火星上運行的能源來源,以及宇航員在火星上的長時間停留所造成的健康風險。骨密度降低、空間輻射和心理健康問題將對宇航員和他們的任務構成威脅。科學家將需要開發一種可靠的可循環生命支持系統。同時,如果人類開發出某種改變遊戲規則的推進系統,比如核動力火箭,那麼火星旅行所需的時間將會大大縮短,任務的複雜性將會大大降低。

北京非營利性空間研究機構“小火箭聯盟”的獨立研究員和創始人邢強表示,人類現有的技術不足以載人登上火星,只能滿足載人團隊繞火星探測需要。他說:“載人火星之旅最關鍵的部分將是一枚超強火箭,該火箭配備了上級,能夠進行多達六次軌道機動。火箭將攜帶如此多的東西--宇航員在火星上和返程過程中所需的所有必需品。即使中方在研的世界最大的長征九號火箭也不足以完成這樣的任務。

對此,英國BBC、快報、美國IEEE協會網站都對這次公開進行了報道,稱中國首次公開載人登陸火星的計劃,是世界上僅次於美國的國家。儘管世界上還沒有一個國家實現載人登火,但美國在向火星發射無人探測器上處於絕對領先的位置。美國IEEE協會網站稱,中方公佈載人登陸火星的計劃,來源於該國在月球探測上的成功帶來的信心,同時中方已經做好了2020年發射火星著陸探測器的準備。

航天科技集團公司已經公佈了火星探測器的外形。據報道上海空間推進研究所已經完成了航天器的推進系統在火星著陸嘗試的懸停,避險,減速和著陸階段的測試。成功的測試驗證了推進系統的性能和控制,其中一個發動機產生7500牛頓的推力將提供航天器著陸減速所需的大部分力量。之前已經完成了超音速降落傘的測試,需要減慢飛船進入火星大氣的速度,這意味著中國的火星航天器已經接近為其任務做好準備。

根據9月份在日內瓦舉行的歐洲行星科學大會-行星科學部聯席會議上的介紹,中方現在已經選擇了火星的兩個初步著陸地點,著陸區大小約為100x40公里的橢圓區域。中國的太陽能火星車重達240公斤,是“玉兔”月球車的兩倍。它將攜帶:

導航、地形和多光譜相機,一個地下探測雷達,一個類似於美國好奇號的LIBS儀器的激光誘導擊穿光譜儀,一個火星表面磁場探測器和一個氣候探測器。

如果一切順利,中國將在2020年發射火星探測器,時間是7月底至8月初大約三週的窗口期,這段時間地球和火星相對位置有利,可以利用更近的霍曼轉移軌道,航天器將在2021年2月左右到達這顆紅色行星。如果這段時間不能完成發射,中方將需要等待26個月,才能在2022年進入另外一個發射窗口。

無論是有人還是無人航天器,登陸火星和登陸月球截然不同。火星的表面重力只有地球的38%,火星引力場增加了進入、下降和著陸測試的複雜性。火星的大氣層太薄,不能幫助航天器降低速度,但是又足夠厚,大氣摩擦和壓縮會產生極高的熱量,足以威脅快速移動的航天器。這就要求登陸火星的航天器具有隔熱罩和複雜的降落傘系統,這些系統需要在正確的時機打開和丟棄。

當宇宙飛船到達火星時,它將距離地球約1.5億公里,這意味著以光速飛行的指令將需要大約8分鐘才能到達目標。這意味著整個著陸過程必須自動化。在深空探測領域,這段時間被稱為“恐怖的7分鐘”。在這一關鍵階段,有幾次火星任務都失敗了,包括冷戰時期的多個蘇聯探測器、美國1999年發射的火星極地著陸器、歐洲航天局和俄羅斯航天局的火星著陸器。而如果載人登陸火星,風險性和安全要求就更大。

如果要保證載人登陸火星的安全,根本問題是要提高火箭的有效載荷。上文有國內專家提到的核動力火箭就是重要的技術途徑。而在2018年航天科技集團有限公司運載火箭技術研究院下屬的北京宇航系統工程研究所就有專家發表文章稱,通過使用核熱火箭發動機,以及8次地面發射、5次近地軌道對接,可建成重達8百噸左右的載人登陸火星飛船,而且除了空間反應堆技術之外,其他技術沒有超出本國現有航天技術水平。

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