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活着到火星,在火星活下去

来源:南方都市报     2015年10月21日 10:49        版次:GB04    作者:Dawn

    第●名

    第●名

    第●名

    低密度超音速减速装置设想图。

    火星极地冰帽。

    火星农田设想图。

    1 .柔性宇航服。2 .火星居所设想。3 .超巨型火箭4 .激光通讯系统。5 .6 .7 .3D打印火星住宅大赛入围作品。8 .“猎户座”飞船。

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    面对火星,人类摩拳擦掌,美国宇航局(NASA)希望2030年左右能成功登陆,SpaceX等私营公司也表达了类似兴趣,名动一时的MarsO ne计划则招募了一堆满怀激情的普通人,准备于2020年来一场一去不回的单程旅行。

    虽然这么多人渴望到火星看夕阳,但科学家警告,对地球生命而言,去火星不是一般的危险,要在火星安家更得掌握非同一般的知识和技术。虽然人类可能造出飞往火星的航空器,但能保证你在那幸福活下去的技术还不成熟,想去火星的人要先做好思想准备,了解一下去火星面对的各种挑战,以及有无相应的逃生技术。

    到火星作死的N种方式

    1.撞死

    你在太空中跋涉了几个月,终于到达火星轨道。但先别欢呼,因为你得先落到火星上,而这个动作难度相当大。

    问题在于火星的大气构成,火星空气比地球稀薄100倍左右。飞船在地球降落时,靠的是降落伞和大气的阻力。飞船越重,需要的阻力越大,因此在火星要温柔着陆可不容易,一不小心就直坠云霄。NASA探测任务规划办公室主任布雷特·德雷克承认,以目前的着陆技术,只能把一公吨的东西平安送到火星上,根本不够建定居点的———想建定居点,一次起码得有20到30公吨的载荷,包括所有宇航员和建定居点需要的物资。为此NASA设计了低密度超音速减速装置(简称LD SD),其外形酷似飞碟,碟形设计和附带的充气装置增加了着陆面积,也帮助减速。目前LD SD还在测试中,效果如何还不清楚,至于SpaceX和M arsO ne,目前没有靠谱的着陆方案。

    2 .冻死

    现在假设你已经温柔地降落到火星上了。还是不能欢呼,你先得适应新家的特殊气候。

    火星气温平均约为零下63摄氏度,但是会因季节、昼夜和地点的变化而狂野波动。这么说吧,它赤道附近高温可达零上30摄氏度,极地低温可至零下176摄氏度。

    得益于多年来在国际空间站积累下来的经验,N A SA在应付气温剧变方面还是有一套的。沐浴在阳光下时,空间站要忍受超过93摄氏度的高温,转到地球黑夜这一边时,又一下子掉进零下129摄氏度的冰窟,因此空间站和宇航员的太空服都使用了特殊的温度调节系统,任他酷热严寒,我自岿然不动。但那些控制系统适用于真空,在火星上不管用。火星空气虽然稀薄,但毕竟存在,仍会形成对流。想想冬天站在风口的感觉,你就知道站在火星上是什么滋味———瞬息之间,你的心都凉了。

    3 .饿死

    火星定居点有点像南极科考站,食物和补给都靠外面送,而且补给船还不能天天来。比科考站更惨的是,火星离地球“主流社会”更远,补给船去一趟耗时几个月。所以要想在火星幸福生活,最好自己动手,保证口粮,这意味着你得掌握一定的星际种地技术。

    M arsO ne的计划是在人工照明条件下搞室内种植。根据该项目公布的设想,定居点里有80平米种植空间,植物的营养来源是火星土壤里的水(安全吗?)及最初抵达火星的四人组排放出的二氧化碳。

    但麻省理工的研究者分析后认为这个方案不大靠谱。四人组排放的二氧化碳根本不够,植物很快会死掉,“最多能撑12到18天。”总的来说,用这种办法种粮种菜,只能养活一半宇航员。补救办法是多制造点二氧化碳,但这意味着要利用本来已经很稀薄的火星空气,而且相关技术目前还处于萌芽状态。

    4 .憋死,或自爆

    在火星上搞农业不仅是为了喂饱宇航员,植物还可释放氧气,这一点很重要,比不断从地球往火星送氧强多了,那样不仅占用宝贵的飞船空间,成本也不是一般的高。

    如前所述,火星种植目前还无可靠技术。事实上即使有,大量植物会制造大量氧气也不一定是件好事。麻省理工研究者认为,封闭环境中氧气太多可能导致宇航员氧中毒,甚至自爆,所以得不时把氧气从定居点排出,为此需要分离氧气的技术。目前地球这方面的技术倒是不少———比如低温蒸馏、变压吸附———但是没有一个在火星环境下测试过。而且要在太空中应用,这些技术至少得降低成本、提高可靠性,设备要尽量娇小。

    N A SA提出了火星生态绿洲概念,即在地球精选一些生物体———比如某些蓝菌———送到火星上,让它们在火星地表生存,产生氧气。不过,方案没提这些生物需要多少二氧化碳。此外还有麻省理工研发的火星氧气原位资源利用设备(简称M O X IE),目的是让宇航员不依赖植物产生的氧气。原理是从火星空气中抽取二氧化碳,把它分离成氧和一氧化碳,2020年发射的N A SA下一代火星车准备搭载一台M O X IE.如果管用,或许能解决氧气问题。

    说到这里,你可能略感安慰。但是,还有一个更大的挑战摆在面前,那就是———

    5 .你可能根本到不了火星

    以上种种困难都是到达火星之后才有资格遇到的,但真相是你可能根本到不了那儿。且不说太空飞船会不会出毛病,也不说途中会不会撞上点太空垃圾啥的,单是辐射就够受的。

    过了近地轨道之后,外太空充满了宇宙射线———高能量粒子。这种辐射可以轻易穿秀太空船壁,长期暴露其中对人类健康可能有各种有害的影响。不久前在老鼠身上做的一项实验表明长期暴露在宇宙射线中可能导致大脑发生畸变,受试老鼠失去了许多重要的神经突触,后续的行为研究显示它们好奇心减少,显得糊里糊涂。对于火星之旅来说,这可不是个好消息。太空辐射还会增加人类患癌几率,目前N A SA监测着每位宇航员暴露在太空辐射中的时间。如果患癌几率增加了3%,就会将其转入地面工作。在国际空间站,因为地球磁场的存在,宇航员可以少受宇宙射线之害,但在为时一年的外太空旅行中,磁层保护不复存在。

    来源:大众科技

    编译:D aw n

    有去有回的五大神器

    为了确保人类能够抵达火星并安全回来,N A SA正开发5项激动人心的技术。

    N A SA铁了心要去火星走一趟,上周它发布报告,宣布“火星旅程计划”(JourneyT oM ars)的最新进展,提出正在研究的一些重要且炫目的科技项目,希望未来数年或数十年内能有所突破。在这些技术的加持下,似乎往来于地球和火星之间不再那么遥远了。

    1.超巨型火箭

    下一个在太空中执行飞行和运输任务的将是航天飞机的继任者、N A SA的超巨型火箭。它大名“太空发射系统”(SpaceLaunchSystem),最早有望于2018年初发射,真正投入使用时可以将70吨的物资送往轨道,之后发射能力可提高至130吨。

    “身高”116米的超级火箭是人类制造的最大发射型运输工具,与之匹配的是“猎户座飞船”(Orioncrew cap-sule)。据N A SA报告,“猎户座”第一次测试发射已于去年12月完成,预计第一次载人发射是在2021年,最迟不会晚于2023年。“猎户座”外形类似“阿波罗”太空飞船,一次可载6名宇航员,但其电脑系统比“阿波罗”强大几千万倍,有能力探索近地轨道之外。

    2 .实验型推进器

    “太空发射系统”的能量来源是液态氢和液态氧的混合,如果前往火星,预计在外太空的旅程要7个月,在如此长的时间里,如果使用火箭燃料,须携带超大的燃料箱,推高发射成本。

    因此N A SA准备利用太阳能送物资及宇航员前往火星。这种“太阳电子推进器”与今年3月抵达谷神星的“黎明号”的推进器相仿,原理是用电子将氙气分解成带电离子,离子束经电场加速后从引擎后方高速排出,产生反作用力。太阳能将提供工作中所需的电子。

    跟火箭燃料不同,太阳电子推进器或离子推进器不能产生巨大推进力,但随着时间推移,推进力会不断累积,最终可推动飞船以3 6万公里时速前进。同时离子推进器非常经济,使用的能源比传统火箭燃料少10倍。

    目前该技术已经实现,但要用于火星旅行,还需要大幅升级。N A SA计划2020年利用“小行星重新定向”任务来测试离子推进器,该版本将比“黎明号”使用的推进器强大5倍。

    3 .柔性宇航服

    前往火星的宇航员将在那里呆一年甚至更长的时间,他们要在野外漫游,探索星球并搜集数据。但不幸的是,火星环境对人类是致命的,宇航员们要与寒冷、干燥、缺氧、重力不足对抗,因为大气稀薄,火星辐射量也远高于地球。要想保证他们的户外安全,须设计能对抗严寒和辐射、调整身体温度、调整重力和压力的宇航服。今天的宇航服看上去更像气球,因为注入气体保证身体和血管的压力,但它会导致宇航员们行动笨拙,尤其是手部运动困难。

    N A SA正在设计的宇航服将采用智能合金解决气压问题,让衣服贴在体表,还会引入增强现实技术、自我修复材料,并织入生物监控器。

    4 .激光束

    火星离地球最近也有5420万公里,这种情况下网络信号不会很好,急需改进。现在火星漫游的“好奇号”能以每秒200万比特的速度收发信号,国际空间站则达每秒3亿比特。想要飞往火星并成功着陆,N A SA需要更好的通讯系统,速度应该在每秒10亿比特左右,此时能派上用场的就是激光束。

    2013年一次测试中,激光通讯系统能让N A SA的月球大气与尘埃环境探测器以每秒6.22亿比特的速度下载数据,其他设计则能以每秒几十亿比特的速度,把数据从地球传到土星那么远的地方。

    5 .外太空住所

    想要宇航员抵达火星、完成任务再活着回来,让他们在跟悍马汽车差不多大的“猎户”飞船里住3年肯定不行。N A SA想设计一种可以连接到“猎户”上的外太空住所,给宇航员更多生活空间,要求防辐射、防火,有生命维持系统,有健身和工作场所等,诸多科学家、建筑师和工程师投入到设计中,设计时不仅参考现有的国际空间站,也参考沙漠等极限环境,因为在太空中很可能遇到流星雨、小行星雨等可怕情形。

    与此同时,N A S A与A m erica M akes合作,举办太空居所设计大赛,要求参与者利用3D技术特性,设计取材方便、适合火星环境的栖息地。居所大约1000平方英尺,至少能容4人居住。9月2 7日,N A SA在纽约向三个获奖设计团队颁发了总额40000美元的奖金。

    来源:大众科技译:潍

    3D打印火星住宅

    第●名冰屋

    设计者:

    S E A rch/C louds A rchi-tecture O ffice

    这个设计团队别出心裁,不用火星土做建材,而是决定“随波逐流”。他们建议,在开发火星的北极之后,利用水的物理特性建成防辐射住所,“冰屋意在引入光线,建立与户外的联系。”

    第●名火星之穹

    设计者:

    T om asz D zieduszynski

    在地球上,“回廊穹隆”结构经受了时间的考验,可以屹立数千年而不倒。设计者希望这一点在恶劣的火星环境下也能得到证明,他的理念是用一个可充气的脚手架引导3D打印机器人完成建造,使用的混凝土材料将用火星土壤制成。“火星之穹”的蜂窝状保温层意在保护它免受辐射和小陨石之害。

    第●名熔岩蜂巢

    设计者:

    T eam LavaH ive

    这个设计团队决定利用充气式太空站的优点。像帐篷一样,在前往火星的漫漫长途中,充气式住所可以先放气保存,到达之后再充气。但是该团队更进一步,通过隧道和其他用火星材料建成的小型住所把这些充气式住所连结在一起。编译:Dawn

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