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红色星球的魅力

2013-09-10

少年科学 2013年7期
关键词:航天员飞船火星

2018年1月5日晚,一枚起飞重量超过3700吨的改进型“猎鹰”重型运载火箭从美国佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空。火箭顶端搭载有重达100吨的“灵感火星号”载人飞船。45岁的航天员夫妇罗杰和丽贝卡将就此开展一段为期500天的火星之旅。他们将用六个半月的时间飞到火星上空240千米的轨道上,环绕火星若干圈并于2019年5月21日返回地球……

上面这个片段,是对2013年3月初美国亿万富翁丹尼斯·帝托启动的“灵感火星”计划的畅想。这个预期耗资10亿美元的计划是人类目前最大胆和实现时间最近的载人火星探测计划。

2013年开年不久,人类加快探测火星的消息就被媒体炒得火热:1月底,荷兰“火星1号”公司宣布开始运作在2023年将4名志愿者送往火星的单程之旅,报名者已经达到4万人,包括450余名中国人;2月初,法国、奥地利和摩洛哥展开了一项为期一个月的“火星2013”仿真地面探索试验,测试无人攀岩车在模拟火星地表环境下的工作性能;同月,印度宣布国家级别的火星探测计划启动,争取在年内向火星发射探测器。中国、俄罗斯和欧洲也在近年公布过自己的火星探测计划。毫不夸张地说,这个红色星球已是人类1969年成功登月后最渴望,也是最有希望登上的外星球。渴望归渴望,要到达这个异世界,人类还需要克服许多考验才能成功。

躲不过的辐射

宇宙空间中充斥着各种能量很大的辐射。地球有厚厚的大气层和磁场抵御这些辐射。但即便有飞船和航天服,在太空中若长时间暴露在这些辐射下,航天员的大脑、免疫系统和细胞都会受到伤害,使DNA结构发生变异,导致失去生育能力甚至患上癌症。“灵感火星”计划选拔一对40岁以上、有过生育史的航天员夫妇,就是为了将宇宙辐射对航天员及其家庭造成的永久伤害降到最低程度。

宇宙辐射不仅是生物杀手,还能导致飞船上的电子设备出现故障。2013年2月27日,在火星上的美国“好奇号”火星探测器中断了向地球传输信号,据分析是宇宙辐射中的高能粒子导致其主计算机闪存崩溃。“好奇号”不得不启用备用计算机,并对受损设备进行自我修复。若是太空飞行中的飞船电子系统因此受损,可能导致飞船生命维持系统故障,或是飞船偏航等严重问题发生,其结果可能是灾难性的。

要解决这个问题,需要为飞船加装金属或高分子材料的屏蔽防护层,并为航天员研发新型航天服。但是,良好的防护手段将增加飞船和器材的重量,也使火箭与飞船的载重能力、飞行成本受到影响。所以在一个时期内,能提供和地球环境完全一样舱内环境的飞船还无法实现。

漫长的禁锢

火星距离地球最远达4亿千米,奔赴火星的飞船最多要20分钟才能收到地球的无线电信号,回应的信号又需要同样时间才能让地面收到。早晨例行的问好可能就要花上1小时才能完成。与地球联系的时间滞后会带来很多麻烦,比如飞船出现故障时,航天员只能祈祷地面专家支招的信号在事态可控前能及时传回飞船。

和家园联系不便会产生很多连锁反应。航天医学研究表明,在现有技术下,随着与地球联系频率的降低,加之飞船内狭小、拥挤,可见阳光的日益减少和生活的单调,容易让人变得烦躁、慵懒、精神不集中、工作效率下降,甚至开始躲避光亮和嗜睡。显然,航天员必须有着开朗、乐观和坚毅的性格。此外,这些理工科背景的航天员们还需要掌握一些医学和心理学专业知识。

依照现有科技水平推断,几十年内人类掌握不了“虫洞穿梭”、“曲率推进”等飞行器推进技术。在核动力引擎实用化之前,我们只能采用常规化学能推进飞船,飞往火星需要6~8个月。在失重环境下呆这么久,人类适应了地球重力条件的身体会发生明显的变化:肌肉变得松弛无力,骨骼因钙质流失而变得疏松脆弱,神经反应速度下降。虽然,航天员可以通过在健身器材上锻炼来减缓这些蜕变,但是完全杜绝失重环境对人体的影响是不可能的。除非,人类制造出科幻小说中那些带有自主重力系统的飞船。

最乏味的美味

宇宙飞船就是茫茫太空中的一只小罐子。飞往火星的航天员呆在不到20立方米(也许比你家的卧室还小)的飞船里。饮用水、空气,甚至生活废水和尿液都需要经过处理后循环使用,虽然对人体无害,但味儿一定谈不上好。

在太空中,航天员虽说不至于饿肚子,但舌尖上的食物绝对不是美食。在低重力环境下人的嗅觉和味觉会受到影响,加之在飞船中无法用明火烹饪,所以航天员注定吃不到色香味俱全的时鲜饭菜。不过,技术的进步使得太空食品的种类和口味都在不断提升。比起40多年前美、苏的宇航先驱们吃的那种从软管中挤出的流质食品,这些食品要好很多了。

上面列举的只是飞往火星途中人类将要面临和克服的几大困难。目前,人类连起步阶段的超大推力运载火箭都还没有试验成功。可见,人类要将足迹延伸到更远的太空中有多困难。而当人类克服了众多在地球上从不是问题的问题之后,终于登陆火星,航天员们的长征之旅则才刚刚开始……

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