人類登陸火星的計劃與方案誰提出的

2021-03-07 08:35:10 字數 4653 閱讀 2987

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火星是最富傳奇色彩的一顆行星,也是多少年來人們思想上經常聯想到地球以外可能具有生命的行星。火星上是否有過生命形態存在,科學家們爭論了好多年。考慮到火星上有生命存在的可能性也有一些理由。

火星上有稀薄的大氣、少量的水,它的溫度時常升到冰點以上。

為了撥開人們對火星認識上的迷霧,美國和前蘇聯都多次發射火星探測飛船,拍了很多**,分析了大氣,化驗了火星土壤。可是迷霧層層,撥開一層又出一層,並沒有足夠的證據回答火星上到底有沒有生命存在過。

火星具有太陽系內除地球外最少有害於生物生活的條件。有些預言已由「海盜」號探測飛船的探測所證實。軌道飛行器拍攝的**,解析度從100~1000米,**上確有很多類似河床的外形,表示火星早期歷史上有幾次洪水。

但也可作另一種解釋,過去曾有巨大的冰川覆蓋著火星大部分地區。冰川流過障礙物也能產生類似河床的外形特徵。

但是,「海盜」號飛船的軌道飛行器和著陸艙進行過12次試驗,每次都直接或間接與生命研究有關。在分子分析實驗中,把火星土壤的兩個標本加熱到500攝氏度,燒掉了任何含碳的有機分子。然後對氣化後的物質作化學分析,證明火星上存在任何由碳構成的生物是極不可能的。

這個結果曾使很多人失望。前蘇聯的科學家對此也有不同看法,認為火星土壤取的是兩個火星偶然點,而且試驗方法不完善,要下結論否認火星上有生命存在的可能性為時過早。

人類對火星的探測,取得很多資料資訊和成果,包括它的地形、地貌、土壤成分、大氣構成和確實存在水等。然而火星上是否存在或存在過生命形態還處在迷霧之中,而這正是人們最關注的事情。它繼續吸引著科學家並激起人們的幻想。

如果人類能親臨火星登陸考察,可以直接解**星是否有生命形態存在的奧祕,那時科學家之間有關此事的爭論才會結束。

科學家估計到21世紀30年代可望實現航天員在火星登陸,這將把航天科學推上新的高度,是一個重大里程碑。這是一個多麼美麗和光彩奪目的事業,正等待著青少年朋友們去創造。

美國和前蘇聯曾用深空探測飛船對火星表面實現了軟著陸。按理下一步應是人類登陸火星考察,可是為什麼至今不去登陸呢?

專家們認為,按照人類目前掌握的航天技術已完全可以飛往火星,現在不進行這種飛行的原因有兩個:

首先,失重對人體的生理影響是主要障礙。由於引力減少,人體內的心血系統、肌肉組織和骨骼中化學成分都會受到影響。在地球上,人類的心臟習慣於克服重力把血液輸送到全身各處,而在失重狀態下,心臟不必費力地工作。

同樣道理,肌肉在太空工作時所付出的代價也大大低於地球上從事同樣的勞動。另外一些研究表明,人在太空飛行時,組成骨骼的主要礦物質鈣會逐漸減少。研究報告指出,在太空飛行1個月,人體骨骼中鈣質要減少0.

5%。飛行時間短,航天員上述生理障礙還比較容易克服,如在飛行中多吃些含鈣的豐富食品,加大肌肉鍛鍊量等,回到地球后再輔以多種儀器和藥物**,生理機能就可能逐漸恢復。然而,要在太空進行幾年的長期飛行就困難了。

航天醫學界人士認為,到目前為止,還未找到很適當的途徑來阻止或減少失重對人體的影響。當然,經過20多年的航天飛行經驗積累,前蘇聯和美國,特別是前蘇聯,已經制定了在長期飛行中預防失重對人體生理影響的措施,取得了重大進展。航天員季托夫、馬納羅夫甚至已經創造了在太空一次漫遊一年的紀錄。

但是,為了人能飛往火星,科學家還得作出更大努力來對付失重對人體的影響。

第二,人類飛往火星,往返一次需2~3年的時間。一個航天員在太空生活和工作,每天要消耗氧氣、食物和水大約10千克。目前在近地軌道上的空間站,航天員的給養由航天**線的進步號貨運飛船定期輸送。

當人類飛向火星時,要飛出地球9000萬千米,按照現在的補給**線的**週期,載人飛船在到達火星前的途中就需要補充給養若干次,而這是不可能的。因此,不再可能利用天地**線的貨運飛船輸送補給。同樣不大可能的是,航天乘員啟程飛往火星時帶足乘務組人員2~3年的給養。

這裡不僅要有氧氣和水的迴圈再生使用系統以**航天員氧氣和水,而且需要成熟的生物生命支援系統來幫助解決飛行期間他們的食品**問題。

上述兩個問題獲得解決後,人類飛往火星的時機就成熟了。科學家們相信再經過二三十年科學摸索,人類將會解決這些問題。由此看來,21世紀人類有可能成為火星的外星人。

除了航天技術的發展外,在空間生命科學、航天醫學,特別是在對抗失重對人體生理影響方面都取得了卓越成績,這些都是為了飛往火星這一目標做準備。不僅如此,前蘇聯科學家已經制定出人飛往火星的三階段研究計劃。前蘇聯解體後,俄羅斯可能會繼承這個計劃並付諸實施,但在進度上有作出某些修改的可能。

第一階段(1991~2023年):試驗登上火星表面的技術,試驗獲取火星土壤樣品的方法和裝置,獲取火星土壤化學成分的全球資料和火星表面詳細**、溫度和溼度分佈、沉積構造厚度、岩床和冰晶層的深度,進行火星磁場和重力調查。為科學選擇未來人飛往火星登點和保證安全獲得全部所需要的資訊。

為完成上述任務,要發射一個火星軌道器,它裝備有大量的光學裝置、光譜儀、質譜儀、雷達和等離子裝置及儀器。

在所選的火星表面位置,下降艙帶著小型火星面車從衛星中分離出來,下降時又從中分離出一個氣球,同時釋放出著陸器。氣球將在火星大氣中離火星表面高度2~6千米飛行約6~10天(晚上它著陸火星表面),飛行路線將長達幾千千米。火星面車裝備土壤取樣裝置、土壤分析儀以及電視攝像機。

電視攝像機攝取全景圖並用於檢查採集火星巖樣以提供最佳火星位置的資訊是否正確。

第二階段(1996~2023年):火星巖樣返回地球,以便對它們進行詳細的地質化學和生物學分析。

為此,同時向火星發射軌道器和下降裝置。下降裝置帶有大型火星面車,它對火星土壤樣品初步分析後,將樣品藏在容器內,後又自動傳送到起飛艙,起飛艙起飛並進入火星軌道,然後和軌道站宇宙飛船對接,容器被送入大氣層後由火箭帶回地球。火星面車服務壽命達5年,它擁有電視綜合體,能用不同方法取樣,也就是鑽至火星表面以下若干米深,從大量巖片中獲取樣品,用返回振動著陸器取樣。

第三階段(2005~2023年):現在,人飛往火星最可接受的方案,是帶有能使航天乘員組直接動態再入大氣層的軌道著陸方案。飛行複合體包括一個火星軌道飛船,為4~6名乘務員提供生活和工作條件18~24個月;一個登陸飛船,輸送2~3名航天乘員和裝置到火星,能為他們提供生活和工作條件1個月;一個再入艙,它具有第二宇宙速度,能從低軌道再入地球大氣層,能保證全部星際和軌道的動態執行所必需的電源和推進系統。

美國前**布什在2023年7月20日舉行的「阿波羅」飛船登月20週年紀念大會上宣佈,要把月球作為人類飛往火星的基地,在21世紀把人送上火星。因此,美國也有一個人登上火星的三階段計劃。

第一階段:2023年9月16日~10月6日期間,用「大力神3」號運載火箭發射名為「觀察者」的火星飛行器,它以每天13圈的執行速度在火星—太陽同步軌道上執行,帶有8種儀器裝置,確定火星地形、火星引力場、表面元素和礦物特徵、磁場以及大氣環流結構;繪製火星的四季氣候圖,為未來載人和不載人飛行選擇著陸區。

第二階段:要解決火星上是否存在危害人類的有毒物質和敵對生物的問題,確定何處是人類安全著陸地方。計劃從2023年起發射名為「漫遊者」的火星機器人取樣返回飛行器。

在2001~2023年期間,要發射幾批機器人,每批1~2個。

第三階段:發射載人飛船到火星登陸,有幾種實施方案,其中之一,2023年在月球上建立永久性居住基地作為前哨基地。2023年發射載5名航天員的宇宙飛船到火星,在那裡停留30天。

2023年再發射一次載人飛船,在火星工作更長時間。

在人類實現載人宇宙飛船登陸火星的目標中,美、俄兩國的具體實施計劃各有特色,在互相競爭的同時,必定會進行一些合作。既競爭又合作,是雙方的需要。不僅如此,日本和歐盟憑藉經濟實力也一定會在某種程度上參與登陸火星的國際合作。

根據美、俄兩國計劃,人類登上火星之前還有一段時間。在這段不算短的時間裡,科學家們估計,運載技術還會有突破性的進步,這將非常有利於登陸火星計劃的順利實施。

科學家們說,未來的星際火星航行載人複合體的電源和推進系統的型別及其技術特性,將決定整個登陸火星計劃的費用以及所需複合體的總重量。這裡有幾種不同的可能選擇。雖然液體推進火箭發動機在美、俄兩國的空間技術活動中已經得到最充分的試驗,但使用它們會使在地球軌道上的載人複合體具有太大的總質量,可能達2000噸,同時還遺留下嚴重的科學技術問題,包括髮射和空間裝配以及要在起始軌道長期儲存低溫燃料。

發展核能推進系統將有可能大量減少在起始軌道載人火星飛行複合體的總質量。用核推進系統,複合體重量約1000噸,同時火箭速度會得到極大提高。2023年1月13日開幕的國際太空核能會議上,俄羅斯科學家說,他們研究核動力推進系統火箭已有幾十年歷史,取得了重大進展,可望將人類未來飛往火星的星際旅行時間縮短一半。

目前已經進行了這種火箭的地面點火試驗。同一天,美國**也公佈了為實現載人宇宙飛船火星探測飛行而研製的核動力太空火箭的一些情況,人類飛往火星所需來回星際旅行時間,在用液態氫的情況下大約需500天,如採用核動力火箭,則可以縮短到300天左右。

發展核電推進系統,在起始軌道火星複合體總質量只有500噸,因此,發展核電推進系統是最可取的,而且其未來應用能顯著地簡化星際運輸系統的開發,以幫助擴大在空間活動的範圍。

太空核電源在人類未來飛向火星的過程中,可能也會扮演重要角色。2023年前蘇聯發射的兩顆「宇宙」號衛星上試驗了一種新型太空核反應堆。這種反應堆採用熱離子技術,以鈾作燃料,重約5~10噸,可產生10千瓦電力。

其中一個在軌道上工作了3年半,另一個工作了1年,結束使用後被推入更高的安全軌道。

知識點航天器軟著陸

軟著陸是指人造衛星、宇宙飛船等航天器在降落過程中,逐漸減低降落速度,使得航天器在接觸地球或其他星球表面瞬時的垂直速度降低到很小,最後不受損壞地降落到地面或其他星體表面上,從而實現安全著陸的技術。例如,通過推進器進行反向推進,或者改變軌道利用大氣層逐步減速,或者利用降落傘降低速度。一般來說,每種航天器都是通過多種減速方式共同作用進行減速,達到軟著陸的目的。

相對於軟著陸,物理上的硬著陸一般是指航天器未減速(或未減速到人員或裝置允許值),而以較大速度直接返回地球或擊中行星和月球,這是毀壞性的著陸。

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