人類早在半個多世紀前就把腳印留在了月球,這么多年過去,為啥載人登陸火星還遙遙無期?很多人都不知道這個扎心事實——就人類目前的技術水平,把宇航員送上火星,基本就是一張有去無回的單程票。不是造不出足夠大的火箭,也不是拿不出研究經費,實打實擺在那的幾道技術坎,至今沒人跨得過去。
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月球離地球才38萬公里,飛船飛過去只要3天就能到。火星完全是另一個情況,最近的時候離地球都有5500萬公里,最遠能到4億公里。火箭不能直飛火星,得沿著橢圓形轉移軌道慢慢靠近,等火星轉到預定位置,整個飛行過程最少就要9個月。
國內航天專家孫澤洲明確說過,現有化學推進技術下,往返火星一趟大概要三年時間。國際空間站宇航員最長駐留記錄也才437天,還不到一年半。三年都待在狹小的飛船里,光是對心理的考驗,就已經超出了目前人類能承受的范圍。
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往返火星需要的總速度增量,是地月任務的三倍還多。按照齊奧爾科夫斯基火箭方程,速度增量和燃料質量是指數關系,送1噸載荷到火星需要大約230噸推進劑,送到月球只需要約18噸。這么多燃料不可能靠一發火箭全部送上去,必須在軌道上多次加注。
登月任務只需要2到4次在軌加油就能搞定,火星任務需要10到20次。哪怕單次加注的失敗率只有5%,10次加注完成后任務成功率就只剩大約60%,差不多一半概率在出發前就出問題。馬斯克也曾公開說過,在月球上合成火箭燃料都非常難,獲取氫氣和碳來做甲烷的門檻太高,火星更遠更沒法補給。
我們在地球上有大氣層和磁場擋著,絕大多數宇宙射線都進不來。離開地球的保護圈之后,外太空全是各種高能宇宙輻射,能輕松破壞人體DNA,誘發細胞癌變或者其他嚴重疾病。月球還在地球磁層的保護范圍內,火星早就出了保護圈,宇航員全程都要直接暴露在輻射下。
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火星飛行途中宇航員接收到的銀河宇宙射線劑量,大約是地球表面的200倍。之前阿爾忒彌斯二號任務刷新了載人航天飛行的最遠紀錄,也才飛到距地球40.7萬公里的位置,還沒完全脫離地球磁層的保護。火星飛行的輻射環境到底有多兇險,至今沒有任何實際任務驗證過。
月球沒有大氣,著陸直接靠反推火箭就能搞定。火星有大氣,但密度只有地球的1%,這個密度說多不多說少不少,特別尷尬。用降落傘減速吧,大氣太稀薄根本減不下多少速度,只用反推火箭吧,又會受到大氣流動的干擾。
NASA的毅力號無人火星車著陸,用的是復雜的空中吊車技術,無人探測玩這套都已經難上天,換成載人飛船難度直接翻好多倍。從火星表面起飛返回更麻煩,所有燃料都得從地球帶過去,火星本身沒法補充,這又進一步堆高了發射的總重量。
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火星經常刮全球性沙塵暴,一刮就是連續幾個月。沙塵暴雖然風速不算特別快,畢竟氣氣稀薄,但持續時間太長,沙塵會擋住陽光,讓太陽能電池板沒法發電。細小的火星沙塵無孔不入,會堵塞機械部件、磨損宇航服,沙塵里還混有對人體有毒的高氯酸鹽,沾上吸入都有危害。
地球和火星之間通信還有個天然障礙,太陽運行到兩者中間的時候,會嚴重干擾通信信號,直接導致斷聯。2026年1月就發生過一次日凌中斷,NASA的火星探測器那段時間完全沒法和地球聯系,只能進入自主運行模式。要是宇航員在火星遇到緊急情況,地球這邊根本沒法指揮幫忙。
天問三號總設計師劉繼忠說過,地球是人類的搖籃,但人類不可能永遠待在搖籃里。他也明確了天問三號火星取樣返回的計劃,2028年前后發射,2031年左右把不少于500克的火星樣品送回地球。但無人取樣返回和載人登錄往返完全是兩碼事,技術難度差了好幾個數量級,不是能取樣就能送人的。
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孫澤洲之前回應火星載人旅行的問題時也說得很實在,現在人類單次太空駐留也就四百多天,往返火星要三年,這么長的時間,對航天員的身體和心理適應能力都是無法解決的巨大挑戰。所以各大航天機構的載人火星任務時間表一推再推,真不是不想去,是技術真的沒到那一步。
參考資料:中國航天報 載人登陸火星的現存技術障礙
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