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  • 从月球到火星,美国人探索宇宙的脚步从未停下

      作者过客

      从 1961 年到 1972 年,美国通过阿波罗任务实现了六次登月,阿波罗任务也被誉为世界航天史上具有划时代意义的项目。对于全体人类而言,成功登月也让我们成为全新的“跨星球”物种。

      美国探索宇宙的野心并没有因为这一成就而结束。接着,他们把目光瞄准了火星,这颗距离地球数千万公里的红色星球。

      图1:阿波罗任务宇航员登陆月球表面

      为什么选择火星?

      探索火星实际上有多个原因。

      一方面,火星是除了金星以外距离地球最近的行星,它可以说是太阳系中人类最容易到达的地方。现已经有超过 30 枚探测器到达过火星,它也成为除地球以外人类了解最多的行星。探索火星也让我们有更多的机会了解生命的起源和进化。

      图2:探索火星有着诸多好处

      从实用性的角度来看,火星在整个太阳系中是独一无二的。它的地质多样且复杂,而且气候的演变与地球具有相似性。火星赤道平面与公转轨道平面的交角非常接近于地球,这使它也有类似于地球的四季交替。与此同时,火星的自转周期为 24 小时 37 分,几乎和地球上的一样长。所有这些都让它充满了巨大的吸引力,而且它有可能成为人类的“第二故乡”。

      此外,科学家认为,太阳系科学中的许多关键问题都可以通过探索火星得到答案。而且探索火星的努力也有助于激励下一代探险者,并极大地扩展人类对宇宙的认知。

      从战略意义上来说,美国是想要通过探索火星,扩大并牢牢占据太空探索的领导地位。目前,太空探索领域已经并非美国一家独大,包含中国在内的各个国家已经崛起并开始挑战美国的领导地位。

      上世纪六十年代,美国开始探测火星

      早在 1994 年,美国宇航局(NASA)就宣布启动火星探测计划(MEP),也就是当初的火星勘测者计划。而且 NASA 将 MEP 实施的主要任务交给了喷气推进实验室(JPL)。

      图3:NASA 的 MEP 项目

      当然,这并非美国首次对火星“下手”。早在 1964 年,美国先后向火星发射了两枚探测器:水手 3 号和水手 4 号。水手 3 号是美国发射的第一枚火星探测器,但却以失败告终。水手 4 号则成为有史以来第一枚成功到达火星并发回数据的探测器。

      1971 年,美国再次向火星发射了水手 8 号和水手 9 号。前者在发射升空过程中因火箭故障坠入了大西洋,后者则成为有史以来第一枚成功进入环绕火星轨道的探测器。1975 年,NASA 的维京号项目成为首个将飞船安全降落在火星表面并发回表面照片的项目。

      事实上,在上世纪六七十年底,并非只有美国在不断尝试着探索火星。当时前苏联与美国的太空竞赛异常激烈,但遗憾的是,前苏联的火星 1 号一直到火星 7 号,要么失败要么失踪,都没能取得实质性的进展。

      不断升空的火星探测器和探测车

      美国的火星探索进程并非一帆风顺。

      1992 年 9 月 25 日,遭遇了多次推迟的火星观察者号探测器最终发射升空,踏上前往火星的旅程。但在 1993 年 8 月 21 日,当它准备点火进入环绕火星轨道时与地球失联。

      1996 年 12 月 7 日,火星环球勘测者号探测器发射升空,这枚探测器持续工作了 10 年,最后在 2006 年 11 月 5 日失联,它是美国最成功的火星探测任务之一。

      图4:火星车拍摄的火星表面照片

      1996 年火星拓荒者号发射升空,1997 年 7 月 4 日在火星表面着陆。它实现了历史上第 3 次在火星表面软着陆。它携带的索杰纳号火星车,是人类送往火星的第一部火星车。火星全球探勘者号与拓荒者号同年升空,它拍摄的火星照片证明了液态水的存在。

      2001 年的火星探测卫星奥德赛号发射升空,它的主要任务是寻找水与火山活动的迹象。

      2002 年 11 月 4 日,美国航空航天局与乐高合作,举行“为火星车命名”的竞赛。最终勇气号和机遇号两个名字脱颖而出。2003 年,美国宇航局将勇气号和机遇号两辆火星车送往火星,对火星这颗行星进行实地考察。

      2007 年,耗资四亿两千万美元的凤凰号火星探测器发射升空。凤凰号的目的是寻找火星北极土壤中可能存在的生命特征,对浅层地下的水冰进行研究。但它在 2008 年与地球失联。

      随后在 2009 年,NASA 与麻省理工学院合作的火星科学实验室启程前往火星。它所配备的技术和设备足以让在火星上工作的双胞胎火星车勇气号和机遇号相形见绌。

      图5:好奇号火星车

      2011 年,美国当时最先进的火星探测器好奇号发射升空,它的主要任务是探索火星是否有生命存在的迹象。由于好奇号重达 1 吨,工程师们大胆创新,并未采用勇气号和机遇号降落伞配合气囊弹跳的降落方式,而是使用了一种类似 UFO 一般的喷气式悬浮平台。

      NASA:2030 年代,人类将登陆火星

      2004 年 1 月,美国当时的总统布什提出了“新太空计划”:2020 年前重返月球并建立永久性基地,同时派宇航员登陆火星,但他并未公布具体的登陆日期。

      2017 年,特朗普签署“1 号太空政策指令”,宣布包括重返月球、登陆火星和深入探索太阳系在内的宏大计划。为此,美国重新组建了国家太空委员会,副总统彭斯出任主席。特朗普也多次在推特上表示,NASA 应直接开展载人探索火星行动,并在未来几个月公布相关计划。

      图6:特朗普签署“1 号太空政策指令”。

      同年,在印度南部城市海得拉巴举行的第 58 届国际宇航联合会大会上,美国宇航局前局长迈克尔·格里芬声称准备在 2037 年把人类送上火星。但在美国航天局 2020 财年预算请求听证会上,NASA 现任局长吉姆·布里登斯廷确认,美国计划在 2033 年将宇航员送上火星,并在火星上生存 2 年。

      美国的私人航天企业也没闲着

      对于探索火星,想争第一的可并非只有美国宇航局。SpaceX、波音等各大航天企业也在私底下进行着较量。波音公司负责人丹尼斯·米伦堡曾在接受采访时非常明确地表示:“第一个踏上火星的人将乘坐波音飞机飞往那里。”

      丹尼斯·米伦堡的声明遭到竞争对手 SpaceX 的埃隆·马斯克的讽刺。他声称,“波音将在火星登陆竞赛中击败 SpaceX”的评论听起来就像是波音自己在说给自己听,这是在自欺欺人。

      当然,对于埃隆·马斯克而言,他的梦想可不仅仅是把人类送上火星,他甚至还想改造火星大气,把火星改造成为一颗适宜人类居住的星球。

      图7:SpaceX 创始人埃隆·马斯克

      马斯克最初是在一档电视节目期间表示,想通过核弹对火星进行加热。而且他并没有开玩笑,2019 年他还在推特上详细公布了这一计划。马斯克还扬言将建造 1000 艘星际飞船用于火星旅行。

      虽然马斯克对火星计划充满了期待和信心,但是他曾承认自己可能无法亲自实现火星计划,原因是技术的发展有点差强人意。马斯克曾多次呼吁加速技术研发,他甚至宣称,如果技术成熟的话,他有七成概率会亲自登陆火星。从目前来看,如果不是嘴上说说的话,马斯克的梦想很有可能实现。

      可以肯定的是,当 NASA 以火星为目标时,美国的各大私人航天企业并不会把目标仅仅局限于月球,火星竞赛已成必然。

      地球集训——体验难熬的长途宇宙飞行

      早在 2003 年,为了给载人火星飞行做初步考察准备,美国宇航局、欧洲航天局和法国太空局的科学家们在南极洲进行多种“人类适应太空”实验。这是因为往返火星需要长达 2 年的时间。长时间的与世隔绝、孤独和无助可能冲破宇航员的心理防线,导致他们精神错乱。

      为此,美国宇航局专门打造了 HI-SEAS 火星模拟基地。因为专家们认为,如果想真正了解宇航员可能遭遇的心理挑战,唯一的方式就是让他们置身与火星类似的极端环境。经历过模拟测试的人员都深深体验到了宇航员的孤独与寂寞。

      图8:HI-SEAS 火星模拟基地内景

      充当火星任务踏板的月球基地

      在美国宇航局的计划中,并未打算从地球直飞火星,而是以月球基地或者空间站为中继站。当然,这两者都还在准备当中。美国人尚未完成重返月球的目标,因此月球基地也只能是未来的一个梦想。但以月球基地为中继站的想法是深得人心的,因为月球极地存储的水冰完全能够制造未来的火箭燃料。

      美国宇航局在 2017 年提出,计划在月球轨道建立一个永久性基地,也就是深空网关。它将作为未来太空探索的训练场地和技术实验场地,旨在为人类登陆火星或其它星球做准备。这个基地就像一个机场,飞往月球表面或火星的飞船可以在此加油、更换零件或者补充补给。

      图9:未来的月球基地

      强大的运载火箭是人类前往月球乃至火星的基础

      运载火箭是人类摆脱地球引力前往火星的基础,它也是整个人类航天最为重要的基础,它的能力往往决定一个航天企业以及一个国家航天探索能力的上限。

      2015 年,美国航空航天局倾力设计的太空发射系统 SLS 通过了专家审议,意味着人类历史上最庞大、最强大的火箭终于迈出了关键的一步。

      SLS 系统是美国航天飞机衍生出来的重型运载火箭。它是美国宇航局的“深空探测计划”的一部分,未来将肩负载人火星和载人月球任务。SLS 火箭类似于战神 IV 火箭,但其总推力比将超过此前最大的土星五号,它也将成为美国最强大的运载火箭。

      图 10:SLS 发射系统将肩负火星和载人登月任务

      美国开启新的火星探测任务

      2017 年,美国宇航局公布全新一代火星车“火星 2020”,也就是现在的毅力号火星探测车。不久的将来,这台拥有 23 只“眼睛”的火星车,将执行火星的全景观测任务。这 23 个相机中,包括 7 个科学相机以及 7 个降落着陆用的辅助相机,以及 9 个工程相机,它们能够帮助火星车避免火星上的障碍物。

      图 11:毅力号火星探测车

      无论是哪个国家最终成功登陆火星,都意味着我们人类在宇宙活动范围的增加,也意味着我们将揭开宇宙越来越多的面纱。(过客)

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