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載人去火星,誰將先行?

2014-09-10 07:22編譯/劉聲遠(yuǎn)
大自然探索 2014年1期
關(guān)鍵詞:美國宇航局阿波羅宇航員

編譯/劉聲遠(yuǎn)

“我們真的想去那兒”

巴斯·蘭斯多普敬畏地凝視著火星風(fēng)景。美國宇航局的最新火星任務(wù),已經(jīng)讓世人看清了這顆血紅世界上散落的卵石、飽經(jīng)風(fēng)霜雕鑿的沙丘以及似乎在向我們招手示意的地平線。蘭斯多普回憶說,“‘旅居者號(hào)’火星車的電視畫面激發(fā)了我。我們真的想去那兒?!钡菚r(shí)候存在一個(gè)很大的難題——據(jù)美國宇航局測(cè)算,單單一趟載人火星任務(wù),其預(yù)算就高達(dá)5000億美元,別說那些私人航天機(jī)構(gòu),即便財(cái)大氣粗的美國宇航局也難以企及。

當(dāng)時(shí)是1997年,蘭斯多普還是荷蘭特溫特大學(xué)的一名工程專業(yè)學(xué)生。16年時(shí)間轉(zhuǎn)瞬即逝,如今載人探索火星思潮再度活躍。有科學(xué)家預(yù)測(cè),首批登陸火星者可能并非是來自政府機(jī)構(gòu)的宇航員(航天員),而是由私人企業(yè)派送的普通人。2013年,由蘭斯多普領(lǐng)頭的“火星一號(hào)”和美國的“靈感火星”兩家公司分別宣布了它們的計(jì)劃:讓志愿者比政府機(jī)構(gòu)的宇航員(航天員)至少早10年去火星。

事實(shí)上,在空間探索方面,除美國宇航局之外,私人航天正引起人們?cè)絹碓蕉嗟牟毮俊F渲凶钗说氖歉顿M(fèi)前往國際空間站的項(xiàng)目——游客以相對(duì)的廉價(jià)購買一次亞軌道之旅的船票。與此同時(shí),全球最大在線支付平臺(tái)“貝寶”和美國“太空X”公司的創(chuàng)始人艾龍·馬斯克則建造了“獵鷹”火箭,它成功地把貨物送到了國際空間站,而且還將運(yùn)送宇航員(航天員)前往國際空間站和返回地球。美國宇航局局長(zhǎng)查爾斯·博爾頓承認(rèn),太空已經(jīng)不再只是美俄兩個(gè)航天大國的競(jìng)技場(chǎng),現(xiàn)在已經(jīng)有許多國家和公司參與到太空競(jìng)爭(zhēng)中來了。

美國巨富打算2017年載人去火星

率先公布載人火星任務(wù)的私人機(jī)構(gòu)是“靈感火星”公司。它是由全球第一位商業(yè)性太空旅游者、美國巨富丹尼斯·蒂托創(chuàng)建的,該公司計(jì)劃發(fā)送一個(gè)兩人機(jī)組前往火星,在一定距離處環(huán)繞火星但不登陸,此后返回地球。由于行星位置排列方式的變化,2017年將有一個(gè)絕佳的發(fā)射窗口,火星往返之旅歷時(shí)僅501天,而不是通常情況下的兩年甚至更長(zhǎng)時(shí)間。蒂托說,這樣的任務(wù)花費(fèi)連美國宇航局“阿波羅”載人登月系列任務(wù)(請(qǐng)參見相關(guān)鏈接《“阿波羅”登月任務(wù)》)的1%都不到,后者的花費(fèi)按照今天的幣值高達(dá)1000億美元。

蒂托打算利用“太空X”公司的下一代火箭,即力量更強(qiáng)大的“重型獵鷹”火箭發(fā)射“靈感火星”飛船。抵達(dá)火星附近后,飛船將在距離火星僅160千米處環(huán)繞這顆紅色星球,讓機(jī)組人員目睹火星的巨型火山和峽谷壯景。把機(jī)組人員送回地球看來不成問題。飛船將在一個(gè)飛行軌道中被發(fā)射,以便讓它環(huán)繞火星,然后直接飛回地球。法國航天專家韋爾奇指出,這是一條安全的軌道,行星將對(duì)飛船提供有效的引力援助。

“靈感火星”飛船任務(wù)最危險(xiǎn)的階段是飛船返程之旅的最后幾分鐘。返回過程中,飛船將以每小時(shí)大約5萬千米的速度撞擊地球大氣層,這將是有史以來所有航天任務(wù)中最快的速度。為了避免機(jī)組人員在此過程中被燒焦,蒂托的團(tuán)隊(duì)正在與美國宇航局的工程師們合作,而后者同時(shí)在為美國宇航局的新型“獵戶座”飛船建造防熱盾。

“火星一號(hào)”公司的“自殺性任務(wù)”

“火星一號(hào)”載人火星任務(wù)計(jì)劃花費(fèi)60億美元,蘭斯多普表示自己有信心通過贊助和出售電視直播權(quán)籌集到這筆巨款。他的這一靈感來自于國際奧委會(huì),后者以類似方式在4年多時(shí)間里籌集到40億美元。不過,其他人則沒有蘭斯多普那么樂觀。他們指出,人們對(duì)“火星一號(hào)”真人秀的興趣將迅速衰減,就如同人們當(dāng)年對(duì)待“阿波羅”登月任務(wù)一樣。事實(shí)上,在“阿波羅11號(hào)”任務(wù)之后才兩年,美國公眾對(duì)載人登月任務(wù)的認(rèn)可度就下降了1/3。

盡管這樣,目前人們對(duì)載人火星任務(wù)的向往仍在持續(xù)升溫。在開放“火星一號(hào)”任務(wù)機(jī)組人員報(bào)名申請(qǐng)窗口后僅兩周,報(bào)名申請(qǐng)者就多達(dá)78000人;截至2013年9月,已有來自140個(gè)國家和地區(qū)的超過20萬人報(bào)名(請(qǐng)參見相關(guān)鏈接《20萬人競(jìng)爭(zhēng)火星“單程票”》)。電視觀眾稍后將決定每個(gè)國家的最終100人入選名單。到2015年,“火星一號(hào)”籌劃者將把候選人數(shù)減少到20人——共5個(gè)機(jī)組,每個(gè)機(jī)組4名成員,兩男兩女。經(jīng)過7~8年訓(xùn)練后,“火星一號(hào)”將對(duì)候選火星機(jī)組進(jìn)行公眾投票,由電視觀眾決定哪一個(gè)機(jī)組首飛,接著還要投票決定哪一位機(jī)組成員成為登陸火星第一人。

真正吸引公眾眼球的是:“火星一號(hào)”機(jī)組成員將不會(huì)返回地球。蘭斯多普解釋說:“如果你對(duì)火星足夠熱心,那么到達(dá)那里后你就不會(huì)想到返回地球,因?yàn)樘剿鬟@么大的一顆行星哪怕用一生的時(shí)間也不夠?!薄盎鹦且惶?hào)”所追隨的正是美國火星之旅專家朱布林的信念:“就地取材,輕裝上陣,因地制宜,自給自足?!薄盎鹦且惶?hào)”將提前發(fā)射機(jī)器人火星飛船,為載人登陸準(zhǔn)備好地點(diǎn)。第一艘供給飛船計(jì)劃在2016年登陸火星,第一批機(jī)組成員則計(jì)劃在2023年登陸火星。

有西方媒體將“火星一號(hào)”載人火星任務(wù)稱為“自殺式任務(wù)”,但也有西方媒體指出,這一任務(wù)具有“與激發(fā)波利尼西亞人穿越巨大的太平洋、定居在未知島嶼上,以及與早期美洲定居者乘坐大篷車穿越艱險(xiǎn)的落基山、最終到達(dá)肥沃的西部海岸”同樣的精神。即便是美國宇航局也開始意識(shí)到,過分謹(jǐn)小慎微的話,就可能永遠(yuǎn)也去不了火星。

準(zhǔn)備與展望

私人航天任務(wù)造勢(shì)洶涌,但美國宇航局依然是最受關(guān)注的對(duì)象。在太空競(jìng)賽的所有選手中,它擁有最強(qiáng)的專業(yè)團(tuán)隊(duì)和最充足的預(yù)算。該局已經(jīng)開始建造“獵戶座”飛船,而且正在建造一種新型的重型火箭——“太空發(fā)射系統(tǒng)”。和俄羅斯同行一樣,美國宇航局在太空對(duì)人體的影響方面的經(jīng)驗(yàn)無與倫比。2015年,國際空間站上的兩位宇航員將開始在空間站上連續(xù)待一年,目的是測(cè)試人體將怎樣應(yīng)對(duì)漫長(zhǎng)的火星之旅。

美國宇航局最終的載人火星之旅將匹配朱布林的廉價(jià)與簡(jiǎn)單思路,而不是該局原定的超昂貴方案。但該局眼下缺乏的是一個(gè)詳盡的計(jì)劃。在其最新著作《火星任務(wù)》中,曾經(jīng)登陸過月球的美國著名宇航員巴茲·奧爾德林建議美國宇航局首先在2025年讓3名宇航員登陸火星的衛(wèi)星福波斯(火衛(wèi)一),它的微弱引力和在火星附近的有利位置意味著宇航員能監(jiān)管機(jī)器人在火星上建設(shè)一個(gè)基地,然后再讓宇航員在2031年登陸火星。

未來的火星宇航員將乘坐行星際飛船前往火星,飛船將循環(huán)往復(fù)于地球軌道和火星軌道之間。奧爾德林認(rèn)為,雖然其中的技術(shù)障礙很大,但并非不可逾越。當(dāng)然,如果太空中出現(xiàn)嚴(yán)重的醫(yī)療問題,機(jī)組成員將束手無策 —— 火星飛船上顯然不是做開胸手術(shù)的場(chǎng)所。最好的辦法是確保機(jī)組人員盡可能保持身體健康。任務(wù)籌劃者甚至考慮過:在機(jī)組離開地球之前,摘除機(jī)組成員體內(nèi)潛在的麻煩器官,例如盲腸和膽囊。

處在幾乎失重的環(huán)境中,人體的肌肉會(huì)退化,骨骼中的鈣會(huì)流失。所有計(jì)劃中的火星飛船都將攜帶鍛煉設(shè)備,以盡量減少機(jī)組人員身體機(jī)能的退化。不過,對(duì)于“靈感火星”任務(wù)來說,這卻不是一個(gè)嚴(yán)重問題,其任務(wù)期只比俄羅斯航天員瓦雷里·波利雅科夫創(chuàng)下的紀(jì)錄長(zhǎng)一點(diǎn)點(diǎn)。波利雅科夫曾經(jīng)在俄羅斯“和平號(hào)”空間站(已于2001年銷毀)上連續(xù)待了438天,而他并未遭受長(zhǎng)期性健康問題?,F(xiàn)在他已72歲,依然生龍活虎。對(duì)“火星一號(hào)”任務(wù)來說,當(dāng)機(jī)組成員到達(dá)目的地時(shí),他們的身體機(jī)能可能已略微退化。但蘭斯多普說,因?yàn)榛鹦且χ挥械厍蛞Φ?8%,所以每個(gè)機(jī)組成員登陸火星后都會(huì)變成超人。

大的危險(xiǎn)一是輻射對(duì)人體的影響?;鹦菣C(jī)組將不得不承受何等程度的輻射?最好的測(cè)量結(jié)果已于2013年5月由美國得克薩斯州的西南研究院發(fā)布。該院科學(xué)家在美國宇航局“好奇號(hào)”火星車上安裝的輻射探測(cè)儀于2011年隨火星車登陸火星。根據(jù)輻射探測(cè)儀所得數(shù)據(jù),飛船所受輻射量相當(dāng)于每5天或6天接受一次全身CT掃描。在“靈感火星”飛船的來回旅途中,總輻射量將只有“好奇號(hào)”所經(jīng)受輻射量的兩倍,比此前的估計(jì)值低得多。這一輻射值也在美國宇航局設(shè)定的宇航員終身輻射值范圍內(nèi)。

二是來自于太陽射出的危險(xiǎn)微粒?!昂闷嫣?hào)”受到的太陽輻射量很小,是因?yàn)楫?dāng)時(shí)太陽處在11年活動(dòng)周期的最低值附近?!办`感火星”飛船的預(yù)定發(fā)射日期意味著,它將面臨的太陽天氣也會(huì)很不錯(cuò)。在發(fā)射5年后,在一次太陽活動(dòng)最高峰期間,火星將經(jīng)歷輻射最低值——屆時(shí)太陽增加的能量將驅(qū)逐來自深空的粒子,將最難以抵御的星系際宇宙射線降低到最少。

不過,在太陽活動(dòng)高峰期,還有一場(chǎng)來源于太陽耀斑和太陽風(fēng)暴的高速質(zhì)子巨型潮涌。1972年,在“阿波羅16號(hào)”任務(wù)過后,太陽炸出巨量致命輻射暴。如果“阿波羅17號(hào)”在這場(chǎng)爆發(fā)期間登陸月球,宇航員很可能就不能活著回家了。頗具諷刺意義的是,對(duì)質(zhì)子的最佳防護(hù)工具并不是重型鉛盾,而是富含質(zhì)子的物質(zhì),例如水中的氫或有機(jī)分子。對(duì)于“靈感火星”而言,機(jī)組成員可能會(huì)在飛船船艙內(nèi)壁鋪上裝有他們的已干燥排泄物的袋子。與此同時(shí),“火星一號(hào)”計(jì)劃發(fā)射時(shí)在環(huán)繞機(jī)組睡眠艙的一個(gè)空殼內(nèi)充填好幾千公升的純凈水。而隨著飛行的進(jìn)展,越來越多的船艙也將被裝填廢液。

一旦抵達(dá)火星表面,機(jī)組成員將不會(huì)像美國宇航局一度擔(dān)憂的那樣身處很危險(xiǎn)的環(huán)境中。來自“好奇號(hào)”火星車的輻射測(cè)量讀數(shù)顯示,火星表面的輻射水平并不比國際空間站上的輻射水平高,而且機(jī)組成員可以躲在地下緊急避難處或者進(jìn)入火星洞穴,避開太陽爆發(fā)。

最終,未來的火星機(jī)組成員所面臨的一個(gè)主要危險(xiǎn)很可能來自“禁錮”在飛船內(nèi)部的心理壓力。以“靈感火星”的兩人機(jī)組為例:在飛行期間如果兩人不和甚至發(fā)生毆打怎么辦?這方面確實(shí)有教訓(xùn)。俄羅斯早期空間站“聯(lián)盟號(hào)”上的兩名航天員曾交惡到如此地步,以至于他們最終只能通過地面控制中心進(jìn)行交流。

“靈感火星”計(jì)劃挑選一對(duì)長(zhǎng)期婚姻生活幸福的夫婦充當(dāng)機(jī)組成員以確保機(jī)組和諧。但心理學(xué)家認(rèn)為,兩人火星機(jī)組由一對(duì)夫婦還是任何兩人擔(dān)當(dāng)并無區(qū)別,為了緩解機(jī)組成員的心理壓力,需要由更多人組成的機(jī)組。

但是,更大的機(jī)組不一定就是更好的機(jī)組。1999年新年夜,一次有27名志愿者參與的火星之旅地面模擬陷入混亂,當(dāng)時(shí)一名俄羅斯志愿者試圖親吻一名加拿大志愿者,而一名日本志愿者因?yàn)榻酉聛淼某臭[而退出模擬。最近的一次模擬——“火星500天”任務(wù)取得了很大的成功。經(jīng)過仔細(xì)的心理篩查后,由6名男性志愿者組成的“火星機(jī)組”未出任何嚴(yán)重差池地完成了這次“火星任務(wù)”。

如果“火星一號(hào)”任務(wù)取得成功,科學(xué)家期待這些機(jī)組能創(chuàng)建一個(gè)穩(wěn)定的小社會(huì),前提是這些機(jī)組夠大也夠多樣。但如果這些地球移民想存活下來,首批定居火星的人就必須生孩子。不過,蘭斯多普并不把這視為當(dāng)務(wù)之急。他說,目前并不清楚女性在火星的微重力環(huán)境中能否受孕,更不用說胎兒將怎樣發(fā)育以及寶寶能否成人。地球移民們不得不首先研究動(dòng)物在火星上的受孕情況,預(yù)計(jì)首個(gè)火星寶寶將在首批人類登陸火星大約10~15年后誕生。

火星無疑是人類夢(mèng)想的下一個(gè)太空前沿陣地,那爭(zhēng)相實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想的夢(mèng)想家們是否愿意親自去火星呢?蒂托的回答是“絕對(duì)不會(huì)”,他認(rèn)為自己的技能并不足以修復(fù)飛船在途中可能遭遇的任何故障。蘭斯多普雖然想親自一試,但他制定的競(jìng)爭(zhēng)規(guī)則把他排除在外。他說:“當(dāng)?shù)谝慌鷻C(jī)組離開地球時(shí)我會(huì)非常興奮,同時(shí)又非常嫉妒?!?/p>

20萬人競(jìng)爭(zhēng)火星“單程票”

前往一個(gè)荒涼、溫度最低達(dá)-150℃、充滿敵意的世界并且有去無回,這聽起來不像是每個(gè)人的夢(mèng)想。但隨著報(bào)名截止日在2013年9月中旬到來,來自140個(gè)國家和地區(qū)的總共超過20萬人申請(qǐng)成為火星的最早移民。他們自愿在這顆紅色行星上度完余生,并且同意拍攝電視真人秀節(jié)目。

按照荷蘭“火星一號(hào)”公司的計(jì)劃,將從20萬申請(qǐng)者中篩選出24~40名佼佼者,篩選過程將分多輪,其中第二輪包括接受專家面試,進(jìn)入第三輪的候選者將兩兩對(duì)決,對(duì)決過程將模擬火星之旅實(shí)景并進(jìn)行電視和網(wǎng)上直播?!盎鹦且惶?hào)”飛船最早在2018年登陸火星,在10年內(nèi)建立第一個(gè)地球人在火星上的定居點(diǎn)?;鹦桥c地球之間的距離大約是6400萬千米(這取決于火星在軌道中的位置),從地球前往火星的單程耗時(shí)約為200天?!盎鹦且惶?hào)”希望,到2033年,火星移民數(shù)量將達(dá)到20人。

“火星一號(hào)”招募的“火星移民”申請(qǐng)人無需軍事訓(xùn)練背景、飛行經(jīng)歷或科學(xué)學(xué)位,但必須具備如下條件:18歲以上,目的性很強(qiáng),愿意構(gòu)建并維持健康的人際關(guān)系,有能力進(jìn)行自我反思和信任他人;性格堅(jiān)韌,適應(yīng)性強(qiáng),有好奇心,有創(chuàng)造力,足智多謀。

“阿波羅”登月任務(wù)

一旦人類真的登陸火星,無疑將是航天史上又一個(gè)很大的里程碑。迄今為止,人類到過的地球之外的唯一天體就是月球。從某種意義上說,登陸月球?yàn)槲磥砣祟惖顷懟鹦堑於艘恍┘夹g(shù)基礎(chǔ)。載人登陸月球是由美國宇航局在其20世紀(jì)60年代晚期~70年代初期的“阿波羅”系列任務(wù)中實(shí)現(xiàn)的。

1969年7月20日,在“阿波羅11號(hào)”任務(wù)中,宇航員尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林乘坐月球艙登陸月球,并進(jìn)行了月面行走,與此同時(shí),宇航員邁克爾·科林斯待在月球軌道中的指揮艙里,他們?nèi)司?月24日安全返回地球。后來的五次“阿波羅”任務(wù)也讓宇航員登陸了月球,其中最后一次是在1972年12月。在總共六次載人登月任務(wù)中,總共有12名宇航員進(jìn)行了月面行走。

“阿波羅”載人登月雖然風(fēng)光,但也并非一帆風(fēng)順。1967年,在發(fā)射前的一次測(cè)試中,“阿波羅1號(hào)”飛船的船艙發(fā)生火災(zāi),殺死了整個(gè)機(jī)組成員。在首次登陸月球后,雖然有足夠的飛行硬件支持后續(xù)的9次登月任務(wù),然而,龐大的預(yù)算導(dǎo)致其中3次任務(wù)被取消。剩下的6次任務(wù)中有5次成功實(shí)現(xiàn)了登月,而“阿波羅13號(hào)”在飛往月球過程中氧氣箱發(fā)生爆炸,損毀了指揮艙的推進(jìn)和生命支持系統(tǒng)。不過,通過把月球艙作為“救生船”,機(jī)組人員最終安全返回地球。

“阿波羅”系列任務(wù)創(chuàng)造了人類航天史上的多個(gè)里程碑。它們迄今一直是載人飛到低地球軌道(高度在2000千米以下的近圓形軌道一般都可以稱之為近地軌道,也叫低地球軌道或低地軌道)之外的僅有的任務(wù),“阿波羅8號(hào)”是載人航天器首次環(huán)繞另一個(gè)天體飛行,而最終的“阿波羅17號(hào)”任務(wù)標(biāo)志著第6次載人登月和第9次前往低地球軌道以外的載人飛行。“阿波羅”任務(wù)一共把382千克月球巖石和土壤帶回了地球,這大大推動(dòng)了科學(xué)家對(duì)月球組成和地質(zhì)歷史的了解。該計(jì)劃還推動(dòng)了載人航天領(lǐng)域的許多技術(shù)進(jìn)步。

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