人类能否登陆火星?火星距地球2亿公里,宇航员上火星要多久?

马斯克的火星移民计划相信大家都不陌生,他预计将在十年内在火星上建造一个定居点。用他的火星舰队每次运送数千人往返,预计在100年后,火星就将拥有一个百万人级别的殖民地。

不少人都说马斯克在痴人说梦。因为自人类第一次登月以来,已经有50多年未曾再踏上月球,更别说是更远的火星了。要知道火星和地球的平均距离为2亿公里。以最常见的波音747飞机为例,波音747的巡航速度约为920公里/小时,这意味着2亿公里波音747需要不间断地飞大约25年才能飞到。当然星际航行会用到飞船,那么以飞船的速度,宇航员要上火星需要多长时间才能登上火星?

距离和时间

登陆火星一直是人类探索宇宙的一个重要目标,但相比登陆月球,它面临着更多的挑战和困难。其中最大的挑战是距离和时间。

地球和月球的距离是约38万公里左右,因此从地球到月球也用不了多久,一般四天就可完成起飞到降落。然而火星与地球之间的平均距离约为2亿公里,即使是最近点也有5500万公里,这意味着以目前的科技水平,至少需要579天才能抵达火星。

这个时间是恐怖的。人类每天至少需要摄入约2-3升的水和约2000卡路里的食物热量,以维持身体的正常代谢和生理功能。具体的食物摄入量和水的需求量取决于个体的年龄、性别、身高、体重、身体活动水平和健康状况等因素,以及所处的环境条件,如温度、海拔高度等。宇航员的身体一般比正常人更好,因此他们也需要摄入更多,这样算下来光是维持一个人的生活需要,就需要超过10吨的物资,这对现在的飞行器来说是不现实的。

此外,宇航员本身的心理健康也将成为一大问题。目前在太空工作时间最久的是俄罗斯宇航员瓦列里·波利亚科夫,他在空间站连续工作437天17小时58分17秒,成为一项世界纪录。而这个时间还低于579天,也就是说人类至今从未在太空待了那么久。

在太空中是周而复始的星空景象、封闭狭小的空间、单调的食物,光是想想就能让很多人望而却步。但太空中的困难远不止距离和时间。

大气与着陆

即便人类解决了距离和时间产生的一系列问题,着陆的过程中也将遇到更难的问题。

月球没有真正意义上的大气层,只有极其稀薄的“月球外气体层”,其厚度远低于地球海平面大气层密度的百兆分之一(10的负14次方)。这种“气体层”由于非常稀薄,因此对飞行器的阻力非常小,几乎可以忽略不计。这也是为什么在月球表面着陆的探测器不需要考虑大气阻力的原因之一。

与月球不同,火星拥有较为稠密的大气层。虽然这为着陆器提供了一定的阻力,但也带来了挑战。进入火星大气层需要克服高速飞行带来的惯性和压力,同时确保着陆器能够准确地降落在目标区域。

根据《火星科学》杂志上的一项研究,火星大气层的变化和不确定性对于着陆器的准确降落造成了挑战,需要精确的导航和控制系统。例如,NASA的“好奇号”火星车在2012年成功着陆,但其着陆过程中的“恐怖七分钟”减速和降落方案被认为是极具风险的方式,许多前辈(飞行器)都是在这个过程中发生事故,最终解体爆炸的。因此为了克服这些挑战,着陆器需要采用多种技术以降低下降速度,如降落伞、火箭推进等。

此外,着陆点也需要详细考究。月球的大部分地区都能着陆,因为其表面相对平坦,没有地球上那样的山峰和峡谷。在月球探测任务中,只需要事前通过遥感技术对目标区域进行详细的勘测和分析,以评估该区域的地形、地质特征以及可行性等因素。然后,根据这些信息,选择一个相对平坦、缺少大型坑陷和陡峭山峰的区域作为着陆点就可以了。

然而火星就不同了,火星表面的地形复杂多样,包括陨石坑、山脉、峡谷等,选择一个适合着陆的区域对于保证任务的成功至关重要。然而,由于火星探测器的主导航能力有限,因此需要事先对潜在着陆区域进行详细的勘测和评估。

气候和生命支持系统

尽管月球没有大气层,还面临着强烈的太阳辐射和温度变化巨大的环。不过,与火星相比,月球的气候条件已经算好的了。因为火星的气候条件更为恶劣,它表面温度变化大,气压极低,表面也有强烈的辐射。这些条件对人类生存和探索带来了更大的挑战。

从引力方面来看,火星的表面重力约为地球的0.38倍,也就是说,在火星上物体的重量只有在地球上的约38%。人类必须花费一段时间才能适应这个重力,而且轻重力环境下也可能引发人类的骨骼问题。

火星的大气压也远远低于地球,平均只有地球大气压的0.6%,也就是地上海平面的大气压的约1/160,这意味着人类必须穿上厚重的宇航服,才能保证自己不被体内的气压胀破肚皮。

而且火星的温差也很大。在火星的赤道地区,白天的最高温度可能达到摄氏20度左右,而夜间的温度可能下降到零下80摄氏度左右。在极地地区,温度可能更低,甚至可以达到零下100摄氏度,这绝不是适宜人类生存的温度。

因此在登陆火星时,人类需要建立完善的生命支持系统,提供足够的氧气、水和食物,同时保护人类免受辐射的危害。这需要技术和经济上的投入,以及更多的研究和测试。否则,机遇号就是一个不幸的前车之鉴。

2004年,NASA的机遇号成功着陆火星,然而它却在2018年遭遇了一场沙尘暴。漫天的沙尘遮蔽了天空,使得机遇号的太阳板无法接收到阳光辐射,导致其无法再次充电,最终永久失联。这再次证明了火星的恶劣气候条件所带来的挑战。

既然火星环境如此恶劣,我们为何非要登陆火星?

登陆火星的意义

科学研究是最直接的原因。火星是太阳系中最接近地球的行星之一,其表面和地质特征与地球有很多相似之处。火星是太阳系中唯一一个人类可以直接探测到的行星,可以帮助我们更好地了解宇宙和太阳系的演化历程。

此外,火星表面上可能存在迹象表明曾有水存在,这是可能存在微生物或其他生命形式的证据。探索火星可以帮助我们寻找外星生命的线索,或者为未来在火星上建立人类殖民地奠定基础。一旦人类可以在火星立足,那么火星上丰富的资源,如水、氧气、铁、铝等就可以为人类探险和殖民太空提供重要的支持。

也就是说火星实际上是一个跳板,登陆火星就是人类太空探索的重要一步,其所带来的科学价值和未来的探索潜力是不可忽视的。

结语

登陆火星是一项具有巨大挑战和困难的任务。首先是距离和时间的问题,火星与地球的平均距离约为2亿公里,以目前的科技水平,至少需要579天才能抵达火星。这对宇航员的身体和心理健康都提出了巨大的考验。

其次是着陆过程中的问题。火星拥有较为稠密的大气层,进入火星大气层需要克服高速飞行带来的惯性和压力,并确保着陆器能够准确降落到目标区域。选择一个合适的着陆区域也对任务的成功至关重要。

此外,火星的气候条件更为恶劣,包括温度变化大、气压极低和强烈的辐射等。这需要建立完善的生命支持系统,提供足够的氧气、水和食物,同时保护人类免受辐射的危害。

尽管登陆火星面临巨大的挑战,但其所带来的科学价值和未来的探索潜力是不可忽视的。探索火星可以帮助我们更好地了解宇宙和太阳系的演化历程,寻找外星生命的线索。此外,火星上丰富的资源可以为人类探险和殖民太空提供重要的支持。

相信人类可以克服技术难题、加强研究和测试,实现在火星上建立定居点的目标,推动人类太空探索迈出重要一步。

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