澳门新葡亰平台游戏 澳门新葡亰平台游戏 人类何时才能踏足火星?最长寿火星车永久沉睡在“永恒谷地”

人类何时才能踏足火星?最长寿火星车永久沉睡在“永恒谷地”



  出品:科普中国

NASA上星期四宣布选择了一个着陆器/漫游器,于2003年6月发射,2004年1月到火星上着陆;漫游器携带五套科学仪器和一个磨石工具;这五台仪器是全境照相机、微型热辐射分光计、Mossbauer分光计、阿尔法-质子X-射线分光计和显微成像仪,前两套仪器安装在漫游器高大的桅杆上、后三者则安装在漫游器下部靠前的地方;磨石工具用来磨掉岩石的外表面以便研究石头里面的性质。

机遇号是目前为止最长寿的火星车,也是火星探索的先行者。虽然最初的设计寿命只有90天,但却从2004年发射降落到火星的Meridiani
Planum地区至今已经有15年的时间。除了生命时间的延长和行驶距离的突破,机遇号在火星上的“路”其实并不是那么好走,32度的陡峭地形、砾石铺成的斜坡、山顶丘陵和火山口等,这些都是它曾经行走过得足迹。在生命的尽头,机遇号永远沉睡在了“永恒谷地”,这或许也是于它而言最好的选项。

人类在火星首次得到地球以外行星的尘埃影像

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  作者:矛隼工作室

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美国科学家通过“凤凰”号火星探测器搭载的光学显微镜观察到最高解像度的火星尘埃和沙粒影像,这是人类历史上首次清晰看到地球以外行星的尘埃影像。

在上周的一次采访中,美国宇航局的现任局长吉姆·布里登斯廷Jim
Bridenstine表示,如果NASA有资金的话,他们早就把人类送上火星。那么,NASA局长是在信口开河吗?

  监制:光明网科普事业部

澳门新葡亰平台游戏,机遇号的任务执行被美国宇航局称为最成功和最持久的壮举之一,这15年的火星表面探索,为NASA重返火星这座红色星球奠定了坚实基础。有了机遇号的身先士卒,才有可能让我们的宇航员有一天也可以站在火星的土地上。作为行星探索领域的标志战车,机遇号像我揭示了火星可能曾经是一个潮湿且有生命居住过的星球。同时,还带回了人类不曾了解的未知火星景观。直到2018年的大规模沙尘暴,让这台资深的火星车陷入了沉睡,直到最后使用了所有方法也无法唤醒。

位于美国加州帕萨迪纳市的美国航空航天局喷气推进实验室科学家当地时间六月五日宣布了以上成果。喷气推进实验室科学家迈克尔:海特说:“我们得到的高解析影像显示出火星矿物的多样性,这在行星探测历史上是空前的。”

NASA在50年前实现过人类史上的首次载人登月,至今也只有阿波罗计划中的12名宇航员登陆过月球。在阿波罗登月计划结束后,NASA开始规划载人火星任务。但由于资金受限,载人火星任务被搁浅。

  探索其他星球,一直人类航天的最大愿望之一。人类在上个世纪登上了月球,并留下了脚印,但这只是个距离地球三十八万公里的卫星,不是一个真正的行星。

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据介绍,微粒照片是六月三日拍摄的,科学家猜测,这些微粒是“凤凰”号着陆时和随后几天内得到的降尘,一些微粒暴露在表面恰好被显微镜观测到。这些微粒很细小,不到人类头发丝直径的十分之一。迈克尔:海特说,这是“凤凰”号正式采集到土壤前的一次实验性观测,也是对显微镜的一次测试。他说,等到采集到土壤后将实施进一步观测,以对比两次观测结果是否一致。

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  而火星,这个距离地球足够近,又有可能被殖民的行星,是人类自航天时代开始以来就试图征服的对象。

第一次记录下机遇号一天的火星驾驶距离是220米;整个探索任务过程中返回了15张360度的彩色全景图,共计返回图片超过217000张;用刷子清除了72个不在计划内的目标,在52块岩石的表面暴露,并对那些新的矿物表面进行分析。同时,还用显微成像仪和光谱仪进行相关的检查;特别是发现了一种可以在水中形成的矿物质,名字叫做赤铁矿,这个发现地就是它的着陆点;在一个叫做Endeavour
Crater的地方找到了古代水行为的明显迹象,它的一切都指向这个星球可能存在过类似地球上的湖泊或者池塘类的饮用水。这些,都是机遇号这些年为我们探索到的有价值的信息,也暗示了Meridiani
Planum在火星历史的某个时间段可能是适合生命居住的。

与此同时,“凤凰”号火星探测器六日终于接收到挖土指令,开始采集第一个火星土壤样本。采集工作本来应该在美国西部时间四日进行,但由于绕火星轨道运行的“奥德赛”号探测器当天未能将挖土指令发送给“凤凰”号火星探测器,所以挖土工作被迫延后。

阿波罗计划是有特定历史背景的,当年可谓是不惜一切代价,耗资高达上千亿美元。但大量的资金投入却没能换来直接的经济回报,所以这种烧钱的太空任务都被取消掉。

  火星与月球截然不同之处的在于距离,地球和火星都在同时距离火星公转,这使得两个星球的距离有时极其远,有的时候相对较近,但是最近的时候也有五千五百万公里。

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“凤凰”号火星着陆探测器五月二十五日成功登录火星北极地区,展开为期三个月的探测任务,主要包括采集土壤和冰的样本、探测火星北极地区的气候状况并拍摄火星表面照片等。科学家相信,火星北极地区地下很可能存在水。

同样地,载人火星任务也无法产生对等的经济回报,因为火星上暂时没有可利用的资源,火星跟月球一样完全是不宜居的。因此,阿波罗计划之后,人类就再也没有去过其他星球。

  每过两年左右,火星和地球就会接近一次,每过15-17年就会最为接近。换言之,每过两年,才会有一个可供发射的发射窗口,16年才能等到一次最佳时机。

在2005年,火星车机遇号就失去了自己转向中的一个前轮,这也导致了火星车的功率被严重限制,这是一个卡住的加热器威胁。同时,火星沙子的泊位也随之陷入困境。随之而来的是2007年火星发生了2个月之久的沙尘暴,这场沙尘暴也袭击了机遇号。2015年,Opportunity因为不明原因失去了自己的闪存,这里面是256兆字节的数据,祸不单行的是在2017年又失去了前轮的转向。历经这么多的困难和磨难,都因为团队的智慧而得以解决,机遇号就这样一次又一次的反弹重生。只是,2018年的这一场灾难不再出现这样的奇迹。

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  然而,赶着窗口期去容易,但是回来可就费劲了,趁着窗口期返航极为困难,而要不然就要足足再等一个窗口期返程。

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半个世纪过去了,NASA在今年提出了阿尔忒弥斯计划,他们想要重返月球,把第一位女宇航员送上月球,并且要在月球表面上建造永久基地。通过载人登月任务的技术检验之后,NASA计划将在2033年实施载人火星任务。

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从机遇号登录火星那一天开始,相关的团队工程师们就在克服各种挑战,虽然机遇的永久沉睡让我们难免失落,但这并不是结束,火星探索之旅才刚刚开始,即将到来的火星2020号火星车也正在形成。正是有了这些一次又一次的坚持不懈的探索,才有了人类发展的进步和对未来更多的期许。火星车机遇号的顽强精神,也将指引着更多的科研人员稳步向前,期待他们带来更多关于火星的消息

登陆火星的难度远大于登陆月球,因为月球离地球很近,去一趟月球只要几天,并且随时可以回来。而火星远在数千万公里之外,飞到火星需要大约8个月。宇航员需要在火星上生活很长一段时间,等待下一次火星靠近地球时才能返回。

  图为地火霍曼转移轨道,也是最为节省燃料的轨道(图源航天爱好者网)

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  最初的计划来自于土星五号火箭的设计师沃纳·冯·布劳恩,他所设想的是一个庞大的“远征舰队”,由十艘宇宙飞船和七十个船员组成。而这只远征舰队将在地球轨道上建造,总吨位超过三万七千吨,而其中的绝大部分都是返程的燃料。但随着航天逐渐从想象变为现实,大家逐渐意识到人类的航天发射能力并没有这个计划中的如此强大,这一计划也随之作废。

为了去火星,NASA需要解决一系列难题,例如,宇航员如何度过漫长的太空生活,长时间处于低重力和高辐射的环境会对身体产生什么影响,还有食物和水的供给问题。为此,多年来,NASA一直在为载人火星任务做准备。

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自上个世纪60年代以来,NASA就已经开始了火星探测。早在1976年,NASA就有能力把无人探测器送到火星表面。目前,火星表面上还有两个探测器——好奇号和洞察号,另外还有环绕火星轨道的火星大气与挥发演化任务探测器。

  图为上个世纪冯·布劳恩设想的火星远征舰队(图源航天爱好者)

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  三十年前,NASA展开了一项研究,这份研究规划了1990年之后的NASA发展方向。在新的研究中,NASA计划了一个重达1300吨的火星飞船,这虽然相对于上一个计划可以说是十分微缩。但考虑到人类目前最大的太空结构——国际太空站——也不过只有400吨,这一计划依然显得非常惊人。

基本上,NASA现在已经有足够的技术储备来实施载人火星任务。正如NASA局长所言,他们缺的是资金。不然,他们本可以更早实现载人火星任务。

  经过重重发展,NASA最终产生了现在的登火组合体计划。登火组合器是一个数百吨的组合飞船,将于轨道上组合建造,然后前往火星。总体而言还算是承接了冯·布劳恩的设想。只不过是飞船吨位越来越小,航天员将在飞船中生存数百天直到返回地球。

  用于制造登火组合体的火箭的是SLS太空发射系统运载火箭,这种运载火箭的后期货运型运力高达130吨,甚至可能达到165吨之多。

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  图为SLS太空发射系统block2型的结构图(图源NASA)

  登火组合体类似于一个摆渡船,并不具备下降至星球表面的能力,真正用于着陆的是独立设计的下降体飞船。而其返回则有两种不同的方案,其中之一是使用类似于阿波罗计划的方案,那就是上升段是下降飞船的一部分,返航时上升段脱离下降飞船独立返回。

  但是,火星不仅重力较大,还有稀薄的大气层产生阻力,这使得火星上升段的要求远远大于阿波罗计划。另一方面,阿波罗计划在月球上的停留时间远远低于火星任务的时间。

  方案二则是在计划开展之前几年就发射一个飞船,这个飞船将独立运送加注好燃料的上升飞船(地球返回载具)。在完成长时间探索计划之后的火星宇航员们,将放弃其着陆飞船,并使用提前预置好的上升飞船返回轨道上的登火组合器。

  不过,众所周知的是,着陆时可能有诸多危机。这使得着陆飞船很有可能无法降落在预定位置,也就导致他们将与上升飞船相距极远,大大增加了计划的不稳定性不安全性。此外,提前预置的上升飞船将暴露在火星环境下两年或者更长,一旦上升飞船出现故障,后果不堪设想。

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  图为“地球返回载具”(ERV,Earth Retuen
Vehicle)的想象图(图源航天爱好者)

  NASA的方案尚未确定,而SpaceX也有自己的火星计划,这个计划的相比于NASA的方案更加大胆和激进。其技术设想来自于祖步林博士,最大的特点就是,宇航员们将在火星上自行制造燃料。

  SpaceX在原计划中将建造一个起飞重量高达一万两千多吨的复用超级火箭,进入轨道之后由加油船补给燃料,然后在三个月的行程里抵达火星。其飞行员将在火星着陆,并使用大气中的二氧化碳和水反应形成甲烷,并随后重新加注在其着陆飞行器中,在任务结束时起飞返回地球。

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  图为spaceX的火星方案(图源航天爱好者)

  如此之多的火星探索方案,其实都寄托了人类试图探索外星的期盼。地球是人类的摇篮,但人类不可能永远在摇篮中生活,NASA的火星计划,或许能够真正助力人类成为一个多行星的物种。

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