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我国计划2033年后载人登陆火星,美国想要跟进,但力不从心

载人飞船刚刚将3名航天员运送到天宫空间站上,我国的载人登陆火星计划又出炉了!

在全球航天探索大会上,我国向全世界透露了未来载人火星探测发展路线的设想。

与现如今的空间站任务相比,载人探测火星面临的困难也更大,既然如此,那我们为什么要提出载人探测火星?又该如何将航天员运送到火星并接回来呢?

为什么要载人探测火星?

在全球航天探索大会上,我方代表王小军介绍,我国未来将会在火星上建立可持续基地,乃至地球-火星经济圈的计划。

之所以要探测火星,一方面是因为虽然现如今的地球非常适宜人类居住,但是地球环境并不是一成不变的,大冰期、小行星撞地球以及超长时间火山喷发,都可能会导致人类灭绝甚至地球生物全部灭绝。正因为如此,我们要居安思危,在现如今就要开始探索外太空,在外太空中寻找合适的家园。

火星就是较为宜居的星球,它距离地球较近,组成成分和地球差不多,而且位于恒星系宜居带上,如果能够将火星加以改造,或许会成为未来我们的家园。

即使火星无法成为我们未来的家园,探索火星技术也能够为未来移民外太空做好准备。

王小军在演讲中说:火星探测对人类具有非常重要的意义,它是人类走出地球、探索生命起源,扩展生存空间的重要途径。

其次,火星表面没有生物活动,它还保留着地球形成之初的物质,探索火星能够帮助人类了解地球的起源,乃至整个太阳系诞生之初的历史。

更为重要的是,探索火星本身,能够倒逼着我国科学技术进步,有利于我国培养科技自主创新型人才。

如何实现载人探测火星?

中国航天科技集团一院院长、IAF副主席王小军提出了载人火星探测发展路线以及任务构架,和空间站一样,载人火星探测的任务构想也分为三步走:

第一步:机器人火星探测

通过火星机器人在火星表面实地采样分析,选择合适的火星基地,并在利用基地周围的资源进行建设。这一步的主要目的是为了技术准备,其次是为接下来的载人火星探测做准备。

第二步:载人初级探测

这一步是为了实现载人登陆火星,最后完成火星上的基地建设。

第三步:航班化探测(经济圈形成阶段):

要建立可持续基地,包括大规模地火运输舰队,大规模开发与应用等。

要想实现这三个步骤并不容易,火星距离地球最近都要5500万公里,最远则要达到4亿公里,火星和地球都在绕着太阳运动,而不是静态的。不仅如此,火星和地球的轨道面还有夹角,并非是平面的,这些外在因素大大增加了载人火星探测任务的难度。

这当中的困难重重,要依靠我国航天方面的研究人员的努力。而在众多的困难当中,路途遥远,载货量巨大,所以推进技术是最难攻克的难题之一。按照目前的方案来看,核热推进是目前载人火星探测的首选。那什么是核热推进呢?

核热推进的工作原理是:利用核裂变反应释放的能量,将推进剂加热后高速排出产生推力,能够确保较高比冲同时获得强劲的推力。

核热推进是目前掌握的对核能利用最为完全的推进方式,而且它的特点是:大推力,高比冲,长工时等特点,和载人火星探测任务的需求非常契合。如果能够在这个技术领域实现突破,火箭的运载能力将更进一步。

如果一切的技术准备都妥当。那么,载人火星探测的第一阶段就是,通过大型或重型运载火箭把探测器发射到地火转移轨道,然后通过反推制动抵达火星。

而第二阶段则需要采用新型的任务构架:人货分运。

由于地球和火星之间距离太远,而且不能随意往返。理想的出发时间是:2033年、2035年、2037年、2041年、2043年等,大概是26个月一个周期。不仅如此,从火星返回地球,也需要挑个好时间。因此,航天员在执行火星探测任务时,耗时很长,所需的物资很多,还涉及到要把航天员运送回来。

因此,就需要把大量的“货”运送到火星表面。如果人和货一起送,所需要的载重量就非常大,火箭的推进装置就需要非常强大,这是目前技术做不到的。因此,就需要把货先运过去,然后再把航天员送过去。

仅仅是载人这个环节就需要分六步:

进入地球轨道

地球轨道组装

地火转移

火星登陆与上升

火星轨道对接

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整个过程需要数百天的时间,飞行距离达到了上亿公里,其中交会对接多次,甚至超过10次以上。所需要的火箭数量起码是8枚,七枚运载火箭,一枚载人火箭。所以,这个载人火星探测任务可以说是一个挑战人类智力极限,技术极限,工程极限的项目。如果能够实现,将使得我们国家的航天技术傲视全球。

美国载人登陆火星计划

事实上,美国也提出了载人登陆火星计划,也打算在2033年实行载人登陆火星,但业内专家表示,美国“非常不可能”在2033年实现载人登陆火星。

在 《2033年载人火星探测任务评估报告》中,指出美国载人登陆火星困难重重,从设计、制造、测试火箭和宇宙飞船,到学习生菜的最佳种植方法等,所有为载人登陆火星的技术,都有待完成。

参考材料:

[1]李桢.载人火星探测任务轨道和总体方案研究[J],国防科学技术大学,2011,10(1)

[2]于登云;孙泽洲;孟林智;石东.火星探测发展历程与未来展望[J],深空探测学报,2016,3(2):108-113

[3]杨彬;唐生勇;李爽;夏晨超.核热推进载人火星探测方案设计[J],宇航学报,2018,11(30)

[4]王小军,《载人火星探测航天运输系统》演讲

[5]科技日报,刘霞《美载人登陆火星:2033年“不可能”》