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文章作者:聚宝盆娱乐 | 2016-01-07
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美国航空航天局的工程师不雅察火星时,看到的就仿佛一株行星大年夜小的捕蝇草。它用迷信发明引诱着我们,但一旦我们踏上那个星球,重力和卑劣的气候就汇协力把我们困在那儿。

    而这是弗成以产生的。假设说片子《火星救济》给了实际的宇宙摸索甚么经验的话,那就是平易近众不会支撑花费数十亿美元,却只能把宇航员困在另外一个世界的筹划。可以说美国航空航天局有关这个白色星球的探测筹划中最关键的部分就是若何分开那儿。

    美国航空航天局要建造可以完成分开义务的宇宙飞船——火箭升空器。这将是一项艰苦的工程,假设升空器载满燃料,就会因太重而没法从地球上起飞,也没法在火星上安然着陆。

    是以,这就须要提早组装升空器并在宇航员达到火星前几年就将其发射到那个白色星球,如许它便可以在那儿经过过程挤压淡薄的火星大年夜气来制造本身的燃料了。

    然后呢?火箭升空器必须建造得非常稳定,在巨大年夜的尘暴侵袭和强紫外线辐射下,依然可以正常运转。当这个拥堵狭小的升空器终究从火星分开时,它须要保持宇航员很多天的生活,直到与轨道飞船交会成功。

    火箭升空器的研发是重中之重,它要将一艘载人飞船从外星球发射进入运转轨道,并且机会只要一次。

    承载一切物质

    火星义务将是人类汗青上的初次外层空间之旅,须要五艘自力的宇宙飞船保送宇航员和所需物质到那个白色星球上。

    美国航空航天局的工程师面对严格的考验,要使火箭升空器在那个白色星球上安然着陆,并在那儿自行制造燃料以便保送宇航员前往地球。

    在上岸火星的义务中,一些物质会决裂成小部件,宇航员上岸后须要将其重新组装。

    而火箭升空器却不克不及如许。美国航空航天局约翰逊航天中间的体系工程师米歇尔·洛克说:“在尘土漫天的火星上,你穿着太空服,戴着连指手套,在如许的情况下你是不会想去装置引擎的。”

    按照美国航空航天局的话来讲,约18吨的重量使得火箭升空器成为此次义务中“最大年夜的弗成瓜分的负载物”。迄今,我们送往火星的最重物体是重1吨的“猎奇”号火星探测器。

    物体在火星上着陆不像在地球上那么轻易,特别是重达几吨的物体。太空舱从天空降低到地球上时,可以借助大年夜气层的磨擦力减小其降低速度。

我们若何分开仗星
                                                                     片子《火星救济》海报

    而火星上的空气密度仅为地球的百分之一。洛克说:“这些大年夜气只够让人们认为懊末路,却缺乏以做任何有效的任务。”或许可以这么说,这些空气可让你熄灭起来,却没办法帮你降低速度。

    这就是为甚么美国航空航天局出力研发新技巧,比如极超音速充气式空气动力加速器(这是一种巨型锥状充气式防热罩,也能够用作制动体系)的缘由。进入火星大年夜气层时防热罩就会展开,使着陆器的速度从极超音速降到超音速,同时应用火箭引擎实施可控着陆。

    马克·沃特尼做了如许的计算:升空器在着陆过程当中将熄灭5吨至7吨的推动燃料,而从火星起飞时将须要熄灭33吨燃料以摆脱这个白色星球的引力,穿过其大年夜气层将宇航员和迷信物质安然送入预定轨道,在那儿与地球前往器实施对接。

    由于须要提早保送的器械太多,助推燃料就必须在火星上制造。

    活着分开

    火星探测队要想成功,他们必须活着分开这个星球。

    假设可以在火星上制造燃料,美国航空航天局便可以增添几吨的初始重量。并且第一次义务停止后,设备还可以留在火星上持续制造燃料,为将来的探测者制造空气和水。

    火箭升空器的引擎以甲烷和液态氧为动力。制成这类燃料须要的一切成分——碳、氢和氧气——都可以在火星上找到,条件是你要知道从哪里找。

    实际上,氧气可以从火星大年夜气层中提取,在火星大年夜气层中,95%是二氧化碳;也能够从地表以下的水中提取。同时产生的碳和氢还可以用来分解液态甲烷。

    但是,钻探水源无疑给本就艰苦重重的义务又增长了一个令人懊末路的不肯定性身分。

    发掘和加工处理比简单地从火星大年夜气中提取要复杂很多。洛克说:“用地下水临盆燃料的另外一个成绩是,它会迫使你只能在你异常确信有水的处所着陆。”假设在深挖后发明你着陆的处所是岩床,那么一切赌注就都掉了。

    假设没法从火星的水中提取氢气,那么就只能将氢气保送到火星上。然则,对一个初始义务来讲,这一想法主意是行不通的。虽然氢气的质量不大年夜,但须要很大年夜的储罐来存储,这会占用大年夜量宝贵的空间。

    “我们曾经设计好一种着陆器,它的顶部有一个平板的船面,”美国航空航天局马歇尔太空飞翔中间的航空工程师塔拉·普尔斯格罗夫说道,“截至今朝,火箭升空器已占据了船面的大年夜部分空间,曾经没有足够的空间来存放氢气罐了。”

    美国航空航天局的工程师可以将火箭升空器加高来包容氢气罐,然则,增长宇宙飞船的高度是他们要尽可能防止的筹划。假设推动器太高,着陆后翻倒的风险就会更大年夜。

    并且,太高的火箭升空器会给宇航员带来难以遭受的物理压力。在履行义务的过程当中,他们最不想做的任务就是爬高高的梯子。是以,须要优先推敲便捷性。

    照此来看,今朝的筹划是发射一个火箭升空器,它满载液态甲烷,装备有一个化工厂,这个化工厂可以应用火星大年夜气来制造液态氧。

    这个过程估计花费一两年的时间。当火箭升空器的燃料罐装满时,宇航员就会被送往火星。知道有一艘装满燃料的升空器在等待着将他们送回地球,会使他们认为很安心。

    然则,美国航空航天局的工程师还不克不及预备任何“义务已完成”的标语横幅。“挑衅之一就是我们采取的是高温推动剂,”洛克说,“一旦将推动剂送往火星,在我们真正应用它之前,要想办法在几年中使它保持冷冻状况而不被蒸发掉落。”

    “我们曾经研收回了推动剂,但今朝还没有零泄漏的阀门。”普尔斯格罗夫弥补道,“你应当曾经想到了,这就是为甚么我们要优先在低泄漏阀门范畴做技巧研发的缘由。”

    说得更广泛一些,工程师担心时间是个大年夜成绩。火箭升空器须要一两年的时间来制造燃料,以后宇航员须要200天至350天的时间达到火星,再加上他们在那个白色星球上的探测,一共多达500天。

    所怀孕分加在一路,意味着火箭升空器在上岸后,必须要在长达4年的时间以后依然可以正常运转并且起飞。“那可是在火星情况中。”洛克说,“裸露在尘埃当中,还要接收强紫外线的辐射。想象一下你的家具裸露在外面那么长时间会变成甚么模样!那照样在地球上,家具取得的保护比在火星上强很多。”

    穿好!

    在设计火箭升空器时工程师须要推敲浩大成绩,个中最重要的一个就是:宇航员穿甚么?

    “你应当看过关于宇宙空间站的图片,”洛克说,“他们都穿着短裤和T恤衫往复走动。当你在一个大年夜型飞翔器里保持安稳飞翔时,你可以分开坐位活动。但在处于上升过程的飞翔器里,你不克不及去任何其他处所,最好照样穿一件宇航服。”

    然则,该穿甚么样的宇航服呢?宇航员探测火星外面时穿的那种舱外宇航服太粗笨。

    假设宇航员穿着如许的衣服登上火箭升空器,工程师就必须扩大年夜其舱容了。别的,附着在宇航服上的火星尘埃也是一个成绩。在没有合适的行星保护协定的情况下,这类物质是弗成以由宇航员带回地球的。

    洛克认为,最好的处理办法是把粗笨的宇航服留在火星,将来的探测队可以作为零件停止收受接收。而宇航员分开时穿舱内活动服,即航天飞机机组人员在航天器发射和再入机舱时所穿的那种膨大年夜的橙色设备。

    舱内活动服加倍简便灵活,由于限制此类设备裸露到户外火星情况中,因此也能够包管无尘状况。宇航员分开栖息舱经过过程对接口进入探测器,在这里,他们可以换上干净拖拉的舱内服,并经过过程一条特别设计的密封通道进入火箭升空器。

    保送一个密封通道到火星有一个缺点,即增长了一次性设备的重量,但洛克认为这个通道或许会有其他用处。

    “我认为加上它会很酷,”洛克说,“如今你可以带几个小型栖息舱,并用这个密封通道把它们连接起来……增长新的元素总是有成绩的,但假设这个新元素可以处理多个成绩,它就可以够成为一个优势。”

    返航

    最后,是该分开的时辰了。

    火箭升空器的外部会被简化到最小的重量。这是一辆单程太空出租车,其实不是一个栖息舱。现实上,工程师都不用定会设计坐位。在这类情况下,宇航员必须要能遭受全部行程。

    火箭助力升空将持续7分钟,但行程并没有到此停止。宇航员须要熄灭更多的燃料以操控升空器进入预定轨道,与地球前往舱对接。

    假定地球前往舱停在间隔火星一个火星日的轨道里(那是一种椭圆形轨道,位于火星外面250千米至33700千米的高度上),就意味着宇航员要在这个上升的升空器里待长达43小时。洛克说,这还是一个没有处理的成绩。

    “对空间推动站的任务人员来讲,他们想让那个又大年夜又宽敞的中转站停在尽能够高的地位上,”洛克说,“他们不想降低到火星的重力井中。他们很想待在间隔火星3个至5个火星日的地位上,让升空器来与他们对接。假设如许,在火箭升空器上待的时间会增长,就须要额外的设备。”

    “你穿着宇航服,不喝热汤不洗澡或许可以保持43小时,但假设要撑到3天、5天或许7天,就必须把一切这些器械都加出去,这就必须扩大年夜升空器的尺寸。”

    一旦对接成功,一切舱内人员和物质会被转移到宇宙飞船中,并随飞船回到地球。而火箭升空器会与之分别并履行最后一项处理义务,那就是将本身送入一个预定轨道,以便不搅扰将来的火星探测义务。这是一个小小的宇宙飞船的卑微结局,但它在人类汗青过程当中将起到相当重要的感化。

 


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