科学家凭什么说十年内人类就有可能登陆火星?

人类出现在火星上并不会太遥远,只要资金充足,或许只需要10年,甚至更少。

自从我们第一次成功发射发射火箭以来,进入太空,殖民其他星球一直是人类长期以来的梦想。虽然从我们的角度来看,水星、金星和所有的气态行星的环境都极其恶劣。不过,火星与地球有很多相似之处,科学家认为是比较“耐看”的,也是火星达人马克思的心心念念的殖民地。

最像地球的行星

图:地球和小不点火星

火星相比于地球更小,所以重力更小,大气也更稀薄。它的表面没有液态水,据我们所知,似乎没有生命。我们火星上的空气并不适合地球上的生物。宇宙射线和太阳不断地轰炸着整个星际空间,而它也没有磁场来保护我们免受致癌辐射的伤害,但它与我们的世界也有许多共同之处,包括我们在它的极地附近发现了一个和我们差不多的温度范围;也是差不多是24小时一天;也存在极地冰盖;以及几乎与地球相同的轴向倾斜。

图:火星表面

从我们发射的着陆器和漫游者中,我们发现了这个全新的世界,它的地形与我们在地球上看到的那些大沙漠并没有太大的不同。

图:或许遥远的地方有一颗和地球几乎一模一样的星球,带遥不可及

不过,它只是在太阳系中被誉为“最像地球的行星”,并非是适合人类宜居的行星,有种“看了一圈都不行,只能死马当活马,就你吧”的感觉。

人类居住条件

如果我们的目标是让人类这颗红色星球,我们需要先迈出第一步,克服一些主要的障碍。不过,这仅仅只能让人类登陆火星,争取生存的机会,并且先遣部队登陆的准备工作都需要至少长达几个世纪。目前,我们还没有找到经过测试的、可行的解决方案,以下是我们需要解决的几个问题:

具备运输大型物资的物质到火星的能力;

在漫长太空旅途中,以及登上火星后,没有地球的磁场和大气保护,如何避免人类太阳辐射(太阳风)和宇宙射线的影响;

既不会发生燃烧或者爆炸,并且降落速度也不会太快的登陆方式;

载人的飞船或者运输较大重量物资的飞船如何平缓着陆,而不会危害人类或损坏物资;

一个封闭的、可居住的、与外部环境完全隔离的环境;

需要足够的资源来维持(或不断从地球补充)生物的生命,包括人类、农作物、甚至是动物。

让我们看看每一个,看看我们现在准备到了什么程度,为了解决这些难题我们还需要做什么。

殖民进程

物资运送

向太空发射重型物体似乎并不难,但发射一辆吉普大小的探测车(如火星上的“好奇号”)和运送人类以及他们生存所需的所有设备是有很大区别的。将阿波罗宇航员送上月球的土星五号火箭,能够发射大约30万磅的重量。进入近地轨道(略低于月球的一半),但它需要一个650万磅的火箭。(以今天的美元计算,每次发射的成本为32亿美元)。送人登月并不难,只要钱到位。眼前最需要解决的问题是如果想飞往火星,那么最大的载重量要比土星5号还少10%。

辐射

辐射也是个大问题,危及生命。大多数太空机构对于辐射对宇航员危害生命的最大限制约为1西弗(1Sv=1000mSv,1mSv=1000μSv),这数字看起来好像还挺宽裕,但要知道我们正常的辐射剂量是以微西弗为单位测量的(胸部X射线检查为每次大约23微西弗)。

如果超出了地球范艾伦辐射带的安全范围,每天受到的辐射剂量约为2毫西弗。到火星的旅程通常需要7个月。还需要花点时间在没有辐射保护的火星表面;每年会受到大约140毫西弗的辐射两。如果想将辐射剂量降低到地球上的水平,可行性办法是在身上覆盖一层大约5米厚的防护层,这并不容易做到。

着陆

图:火星风速太快降落困难

在火星大气中航行是很困难的,将沉重的负载轻轻降落在火星上是一项艰巨的任务。这两点实际上是互相矛盾的。你越用降落伞之类的东西来阻挡高速飞行,火星上的风就会带你越快越偏离预定航线!人类曾经在火星着陆的每一艘宇宙飞船,其实都伴随着巨大的风险。目前,数据显示有超过一半的飞船没有成功着陆和部署,就是因为以上两个因素。

图:火星着陆模拟

虽然“好奇号”探测器成功着陆,但是它只有900磅重(也就是8个瘦子)。如果想要将10倍“好奇号”的重量降落火星,目前来看几乎是不可能的,需要前所未有的技术发展。如果有一个人在火星上发射推进器与飞船对接,帮助飞船降落,那么成功的几率就会大很多,但火星表面的风速非常快,超过每小时100公里将使这成为更具挑战性的任务之一。

维持生命

图:火星生物圈模拟

我们如何在火星上建立一个封闭的、能持续发展的“生物圈”?上世纪90年代末,科学家试图模拟在地球上建造类似的“生物圈”,但以巨大的失败告终。里面的人不仅不能种植足够的食物来养活自己,需要从外面补充食物来满足基本的生存需要,而且实验表明该实验根本没有与外部环境隔离!

一开始有8种不同的蚂蚁在里面,但几个月后,它们都消失了,因为所在地“亚利桑那沙漠”的本地蚂蚁入侵了进去,并且在竞争中击败了所有其他蚂蚁,在里面生存了下来,这相当于把殖民者赶了出来。如果蚂蚁能进去,说明其他动植物也能有办法出去。实验需要创造一个绝对稳定的、绝对不透气的空间,但是人类目前真的不知道要如何做到。

图:火星侦察器轨道

除非我们能找到如何在火星上创造一个自给自足的环境,否则需要经常运送食物、水和其他人类生存所需的资源。实际上,这样的机会并不多,因为每隔780天才会出现一个使飞船能从地球降到火星上的有利的轨道位置,这意味着每隔780天只能进行一次补给,我们将需要更大载重量的飞船,并且需要安全、平稳地降落在火星上。

总结

用当前的技术没有什么是我们做不到的,但是它需要研究、人力、时间和持续的投入才能实现。科学家估计,需要10年时间,并且需要500亿到1500亿美元的资金。如果可以投入这笔资金,人类或许可以在10年内出现在火星上,就是像电影中《火星救援》的情节,在我们以后的生活中可能会出现。