未來的火星探索:在火星呼吸15秒會失去意識甚至死亡

未來的火星是怎樣的呢?美國火星學會主席羅伯特·祖布林(Robert
Zubrin)稱,火星是一個非常奇妙的世界,擁有令人嘆為觀止的風景,擁有珠穆朗瑪峰3倍高度的壯觀山脈,擁有比美國大峽谷深3倍、長5倍的峽谷地形,以及廣闊的冰原和延伸數千公里的乾涸河床。未被人類涉足的火星表面可能為人類帶來無法想象的財富和資源,科學家還思考未來人類是否能在火星繁衍後代……

祖布林作為一位資深的火星領域研究專家,解釋了為什麼人類對火星的探索是未來太空探索的重要環節,只有人類才能看到、感受和觸摸這顆紅色星球,凝視思考周圍的環境,並依據自己所獲得的發現做出論斷,雖然科學家從太空任務中獲得了豐富的太空知識,但在人類親身前往火星展開探索之前,許多火星謎團一直未被揭曉。

未來的火星探索:在火星呼吸15秒會失去意識甚至死亡

未來的火星

在人類還未發射任何宇宙飛船抵達火星軌道之前,科學家們就在思考人類探索火星的各種可能性,其中一位科學家是已故的沃納·馮·布勞恩(Wernher von Braun),他是一位火箭設計師,二戰之後移居美國。布勞恩確信載人火星任務不僅必要,而且是可以實現的!在上世紀40-50年代,布勞恩經常公開談論他對人類登陸火星的熱情和期待,甚至自己對未來的火星探險進行了詳細規劃。在布勞恩的《火星計劃》一書中,他強調稱,未來的火星旅程需要一支強大的宇宙飛船艦隊,正如前美國宇航局信息專家安妮·普拉托夫(Annie Platoff)所解釋的——如果哥倫布僅帶領一艘船遠航,而不是三艘船組建的一支編隊,他可能永遠不會將自己的發現帶回西班牙,星際探索也是如此,我們必須建立一支大規模的太空編隊!

布勞恩設想建立一支由10艘飛船構成的太空艦隊,至少能乘載70人前往火星,7艘飛船將作為客運飛船,另外3艘將運送貨物,包括有翼登陸器,它能將宇航員運送到火星表面。

在上世紀50年代,布勞恩曾警告稱,由於存在各種未知因素,這趟火星旅程在近一個世紀內都不可能實現。然而十年之後,他得出一個完全不同的結論,他於1965年11月在《宇航&航空雜志》上發布文章稱,載人火星任務將在1982年成為可能。同時,他還敦促相關政府部門將火星任務視為高度優先事項。

布勞恩說:「人們可能會發現我對未來的太空計劃非常樂觀,即使一些悲觀主義者經常闡明他們的悲觀預測,認為不斷發展的科學技術將人類帶入『太空深淵』。我堅信未來不久人類將登陸火星表面,事實上,我們確實應當抓緊時間在火星表面建立一個立足點,這里可以作為一個太空基地,便於人類向更遙遠的星球展開探索。」

未來的火星探索:在火星呼吸15秒會失去意識甚至死亡

1969年,布勞恩向美國宇航局做了一次正式報告,他詳細解釋了自己的火星探險計劃,由於他參與了「土星5號」火箭研發工作,受到美國政府官員的高度評價。「土星5號」火箭是一款大型火箭,曾攜載美國宇航員抵達月球。在布勞恩的火星探索演講中,他表達了自己的信念——下一個太空前沿是人類對行星的探索。當然,當1982年來到時,全球也未有人類登陸火星表面,但是布勞恩的理論令人振奮,他的觀點深深地影響着美國宇航局人類星際任務的長期計劃,他計劃使用像航天飛機一樣的可重復利用的太空渡船,在軌道進行裝配集合,組建多艘太空飛船抵達火星。

人類探索還是機器人探索?

即使1977年布勞恩逝世,科學家們對火星探索的熱情仍未減弱,除了火星探索任務令人興奮之外,科學家們強烈希望將人類送到火星的主要原因非常簡單:人類擁有機器人不具備的能力,即使現今人類已掌握先進技術,但機器人的行為能力仍然是有限的,機器人只能依靠人類提供精準、詳細的指令,讓它們自己思考或者思維運算。例如「勇氣號」、「機遇號」火星車都擁有機械臂,可以採集岩石和土壤樣本,隨載的科學儀器立即分析這些物質,使用相機拍攝高分辨率圖像。但是機器人不能看到或者感觸到自己發現的樣本,也無法自己做出判斷,它們沒有人類的智慧、直覺或者推理能力,也沒有足夠幫助他們做出決定和結論的生存經驗,如果它們周圍環境迅速發生變化,就會受別人的擺布控制。然而,人類天生具有「優勝劣汰」的競爭觀念,他們會適應環境變化而頑強地生存下來,人類的品質和行為能力是與生俱來的。

未來的火星探索:在火星呼吸15秒會失去意識甚至死亡

從「海盜1號」和「海盜2號」探測器開始,搜尋遠古和現今火星生命幾乎成為所有太空任務中的首要任務,近年來科學家發現火星表面曾存在大量的水資源,這一發現非常重要,從而證實發現火星遠古和現今有機生命跡象的可能性非常大,就像祖布林解釋的那樣,對於生命探索,人類比機器人做得更好。

經過多年勘測分析,目前火星表面不太可能存在生命,對火星生物學的研究將主要搜尋化石證據,對於搜尋火星生命化石而言,勘測范圍有限、較長通信時間延遲的小型機器人探測車是非常糟糕的工具,生命化石搜尋工作需要機動性、敏捷性,同時具備利用直覺判斷追蹤微妙線索的能力,人類研究員具有「岩石獵犬」的敏銳嗅覺,非常適合搜尋火星化石證據。如果要探尋火星的秘密,那些不畏沉悶太空旅行的人們需要前往火星進行探索。

科學家對於何時以及如何執行火星任務的觀點並不一致,但大多數人認為,包括關於火星生命的許多問題,只有當人類能夠真正登陸火星時才能得到答案。此外,科學家邁克爾·杜克(Michael Duke)稱,人類完成火星探索任務所需時間較高效。盡管載人火星旅行需要更長的時間進行規劃和實施,相比之下機器人勘測更容易實現,但是杜克說:「更科學高效的工作將在更少的時間內完成,人類在火星上可能進行1-2年的科學勘測,機器人則需要100-200年來完成。」

一次漫長而危險的航行

在首次火星探險邁出大膽一步的人類宇航員不會對潛在的風險視而不見,早在他們登上宇宙飛船之前,他們就知道自己可能永遠無法返回地球。在美國宇航局一份研究報告中,作者史蒂芬·霍夫曼(Stephen Hoffman)和大衛·卡普蘭(David Kaplan)非常清楚地說明了火星探索的風險性。

人類對火星探索將是一項非常復雜的任務,該計劃將證實人類有可能離開我們的家園,向太陽系其他行星展開探索。雖然太陽系對於整個宇宙而言非常渺小,但對人類而言卻是一片很廣闊的探索空間,畢竟當前人類科技技術有限,離開地球後再次成功返程的能力較差。例如從地球向火星發射探測器需要幾年時間,而且發射窗口時間非常短暫,通常每隔26個月才出現一次。

目前,載人火星任務的確切時間仍未確定,大多數專家表示,載人火星任務可能將在2025年完成,在此之前必須克服許多障礙。宇宙飛船需要運載宇航員、科學設備、食物和儀器,這意味着它們將比之前的任何航天器重30倍左右,這樣的飛船着陸將面臨着艱巨挑戰,着陸時機器人或許能承受飛船在火星表面彈起幾十米的高度,但是人類宇航員能否承受呢?

未來人類還需要考慮是否在火星表面建立一個合適的着陸基地,便於人類「安營紮寨」,由於火星總面積超過2億平方英里,這意味着宇航員僅能探索一小部分。如果一艘宇宙飛船無意中降落在荒涼地區,距離計劃勘測的地區數千公里,那麼整個任務的大量資源將被浪費。

事實上,人類火星之旅是大的風險是太空旅行過程,漫長的太空旅行對於宇航員而言是非常艱難的,他們將體驗微重力或者失重的感覺,雖然人體漂浮在空中非常有趣,但它會導致嚴重的身體問題。在過去的太空旅行中,宇航員會出現方向迷失、頭暈、局部充血、頭痛和惡心,幾個月暴露在微重力下會出現嚴重的疾病,其中包括:骨質流失導致的骨骼脆弱、肌肉萎縮、腎結石和其他嚴重的身體問題。近年來,科學家一直在研究如何對抗失重環境,例如:提供人工重力源,或者宇航員太空旅程鍛煉身體。然而,在此期間微重力仍是遠途太空旅行的最大風險之一。

此外,在漫長的太空旅程中將面臨着數以萬計的微隕石穿過太陽系,彗星和小行星的碎片可能像一粒沙子那樣小,也可能像一個高爾夫球,它們不斷地從宇宙各個方向以時速10萬英里的速度在太空中穿行,一顆飛往火星的宇宙飛船可能會在旅程大部分時間里遭受微隕石的嚴重破壞。深太空中還面臨着太陽耀斑和宇宙射線引起的高水平輻射,在地球上,高空磁場形成一個強大的防輻射保護罩,而在浩瀚的宇宙則沒有這種保護效果,因此太空飛船的外殼必須非常堅硬結實,才能抵抗微隕石碰撞,同時,宇宙飛船還必須有某種防護罩,可以吸收或者阻擋大量的太空輻射,如果該輻射進入飛船,不僅會損壞和摧毀飛船及其科學儀器,還可能對宇宙造成身體。

未來的火星探索:在火星呼吸15秒會失去意識甚至死亡

紅色星球的危險

假設宇航員經歷6個月的危險旅行倖存下來,那麼一旦抵達最終目的地,所承受的風險將大大降低,他們着陸時可能會在火星表面遭受一些微隕石撞擊,但不會受到來自四面八方的隕石撞擊。同時,雖然火星輻射劑量高於地球,但與深空輻射相比,火星可作為保護屏障,減少登陸火星的宇航員所遭受的極端輻射。由於火星重力比地球弱很多,宇航員仍能感受到火星低重力影響,但他們將不再需要忍受失重狀態。但當他們第一次走出太空飛船時,仍然有許多新的風險,他們將經歷人類從未遭遇過的惡劣環境,而合適的宇航服是唯一能拯救他們生命的裝備。

人類造訪火星面臨的最大風險之一是火星的低壓大氣,氣壓使人體血液和體液保持流動,當溫度過低時,體液會沸騰,迅速失去熱量,然後蒸發導致快速死亡。美國馬里蘭大學空間系統實驗室大衛·阿金(David Akin)教授描述了一次模擬經歷:「我記得聽一位美國宇航講述了一個實驗,在該實驗中他面臨突然、暫時的壓力損失,此時他首先感到口水在舌頭上沸騰,然後自己就暈厥,為了保護宇航員不受危險低壓大氣影響,他們必須對航天服進行增壓。同時,還必須佩戴專門的呼吸設備,因為火星大氣中的二氧化碳含量極高,氧氣和氮氣含量較低,如果宇航員呼吸了火星空氣,很可能在短短15秒內失去意識,不久就會死亡。」

火星表面極端氣候和惡劣天氣是另一個危險,因為火星氣候非常寒冷,宇航服必須加熱處理。然而,始終保持舒適的體溫非常困難,因為火星表面溫度可能比表面之下低20-30攝氏度,如果宇航服設計考慮到這一點,那麼宇航員上半身可能被凍僵,而他的腿部會被燒傷。此外,火星表面灰塵非常多,細小的塵粒會懸浮在大氣層,目前科學家們並不清楚火星灰塵是否有毒,但他們相信存在這種可能性。如果火星灰塵有毒,將影響宇航員的視力和呼吸能力。如果人類遭遇了猛烈的火星塵暴,很可能會喪生於此,在這種猛烈塵暴中,時速數百公里的大風能將粉塵在大氣中盤旋數周時間。

未來的火星探索:在火星呼吸15秒會失去意識甚至死亡

為火星勘測者設計新型太空服是一個復雜而漫長的過程,可能需要幾年時間,美國宇航局宇航服設計工程師喬伊·科斯莫(Joe Kosmo)稱,與以往太空任務中的宇航員不同,造訪火星的宇航員可能會在那里生活、工作幾年時間,因此盡可能避免穿着笨重的宇航服,即使在火星低重力環境下,宇航服的重量仍會超過45公斤,而且宇航員穿着笨重的宇航服很快會筋疲力盡。美國宇航局菲爾·韋斯特(Phil West)稱,理想的宇航服重量較輕,宇航員能夠適應並穿着很長時間,我們知道如何製造適合火星環境的宇航服,但沒有任何一套設計方案能有效地操作,像這樣的宇航服必須有靈活的連接部件和易於更換的配件,它的重量會很輕,大概13-18公斤,具有很強的耐用性,可供宇航員完成幾十項任務。

科斯莫說:「盡管當前還未設計出這種火星宇航服,但是相應的技術和材料確定存在,當前存在的問題是宇航服在穿着時如何發揮效力,第一批登陸火星的宇航員會像地質學家一樣行事,他們將努力尋找生命和水的相關證據,他們會四處探索,實地觀察岩石和鑽取樣本,他們需要一套非常結實的宇航服,目前美國宇航局正在測試幾個不同模型,在達到所有必備條件之前,是不會派遣人類登陸火星。」

「火星方向」

在遙遠的未來,很可能會有太空遊客乘坐超音速飛船抵達火星,在火星度過一個星期的假日,之後再返回地球。但就目前來看,以上情節僅出現在科幻作品,基於當前的科學技術,宇航員需要太空航行兩三年才能抵達火星,由於人類的火星旅行很漫長,不可能攜帶充足的食物、補給、水、燃料和裝備,宇航員將不得不就地取材,就像早期拓荒者的邊疆生活一樣。

以土地為生,利用當地資源,這不僅僅是美國人在西部地區的生活方式,也是在地球開拓求生的方式,也是人類未來適應火星的生活方式……

本地資源對於未來人類開發火星是至關重要的,祖布林對人類火星探索重要性的信念激勵他創建自己的任務計劃,基於智能應用,他將該任務計劃命名為「火星方向」。

基於應用「當地資源」的理念,祖布林計劃讓載人火星任務變得更簡單、成本更低、成功率更高。一組宇航員將進行為期6個月的火星旅行,在火星停留大約一年半時間。兩艘着陸器將完成此次太空旅行,一艘形狀像巨大金槍魚的着陸器負責將宇航員送到火星,另一艘着陸器將負責運送他們返回地球。

同時,在遠程計算機控制機器人的幫助下,宇航員將在火星循環利用氧氣和水,並將地球帶來的成分與火星大氣層中的二氧化碳結合起來,製造自己的燃料,依據祖布林的計劃,未來將讓更多的探險者前往火星,在陸地建立生活基地,建造溫室種植各種食物,最終創建一個繁榮的火星殖民基地。(卡麥拉)

來源:cnBeta