距离在另一颗行星上居住,人类还有多远?❓❓

小青爱吃草2021-08-02  123

随着天问一号着陆器携带着祝融号火星车在火星上着陆,中国成为第二个有能力在另一颗行星上实施软着陆的人类国家。在前往星辰大海的道路上,我们又前进了一小步。那么,距离前往另一颗行星探索甚至长居,人类还有多远的路要走呢?❓❓

一年的太空长居:前往深空的第一道“门槛”

今年6月18日,三名中国航天员入驻“天和”核心舱,开始了为期三个月的空间站生活。在此之前,俄国宇航员已经创下了在太空连续逗留438天和总共驻留879天的两项最长纪录。

空间站是人类尝试在天空长居的第一站

一年左右的太空长居,对载人的深空探索行动而言是一道基本的门槛。这是因为从地球出发,前往我们目前唯一有能力载人抵达的行星——火星,所需要的往返在途时间就是至少一年。在这一年中,宇航员不得不置身于完全失重的环境中,并失去了地球大气和磁场提供的针对宇宙辐射的保护。长期的失重环境会导致骨骼、心血管和运动机能的退化,相当于急速的衰老。NASA针对一对同卵双胞胎宇航员做过测试,其中一位留在地面,另一位在空间站度过了340天,返回地面后,双胞胎的各项生理机能乃至认知能力都出现了差异。

一旦宇航员在太空中突发疾病,治疗也非常困难。去年,国际空间站上的一位宇航员突发血栓,在失重条件下,这枚栓子可能诱发的风险远比在地表要大。如何在太空中对突发症状进行诊断和治疗,是航天医学需要解决的一大问题。

深空中的宇宙辐射是另一道必须面临的难关。利用大鼠和小鼠的动物实验已经表明,相当于火星往返途中暴露量的辐射会造成可察觉的大脑损伤,每位宇航员可能一生只能进行一次火星往返。辐射无疑还会对人体其他组织产生影响。因此,飞船和舱外宇航服需要具备足够的屏蔽功能,相关的治疗药物也有待开发。

要维持至少一年的太空长居,还需要足够强大的物质循环和生命保障系统。和环绕地球的空间站不同,前往深空的飞船无法与地球维持的物质交换,飞船需要至少在航程期间形成一个接近完全闭合的生态循环系统。目前最成功的模拟环境是我国于2018年完成的月宫365实验,志愿者在封闭系统中度过了连续370天,系统的闭合率高达98%,食物自给率达到80%。俄罗斯于2010~2011年进行的“火星-500”项目则模拟了全长520天的火星往返在途过程,从6000名申请者中脱颖而出的6名志愿者完成了这项实验,其中包括来自中国航天员科学训练中心的宇航员教员王跃。但地表的成功实验还只是起点,需要在太空和月面取得同样的成功,才能用于深空飞船。

志愿者在月宫365计划中。图源网络

太阳系内的长居选址

在太阳系内,距离地球最近的几个有固态表面的大型天体里,前往月球和火星的旅程相对更为容易。月球“近在咫尺”,而火星的直线距离看似比金星稍远,但从地球前往外侧行星的难度远低于内侧行星。

毋庸置疑,人类的身体是在地表环境中演化而来,越接近地球环境的地方就越可能成为人类未来的长居选址。距离太阳最近的水星可能是第一个出局的。它近距离地遭受太阳的灼烤和太阳风的吹拂,太阳的强大磁场也令它对人类很不友好,何况,在距离太阳如此近的位置上,飞船想要以一个能够被水星捕获的速度接近它,需要绕行非常漫长的路程,并且任何的失误都会导致最终冲向太阳。

金星曾经被认为是与地球最相似的行星,它的大小与地球几乎一致,有着浓密的大气,内部的地质活动仍在进行,是一颗“活着”的行星。但这层厚厚的二氧化碳大气导致了过高的气压和温度,想要在它表面保证人员安全非常困难。

比较而言,现阶段人类能力范围内,能够考虑的长居选项只有月球和火星。它们都有一定的重力,月球没有大气和磁场,导致它的表面温度比较极端,同时也无法提供对辐射的保护;火星有稀薄的大气和一些局部磁场,在夏季可以短暂录得30摄氏度左右的气温,昼夜节律与地球相仿,但也同样需要处理辐射问题——在这两颗星球表面的阳光下活动,单单是紫外线强度就是强大的威胁。设计良好的基地可能提供足够的保护,但户外活动则完全依赖宇航服的防护功能。毅力号火星车已经将若干宇航服部件携带到火星上,测试它们对辐射的防护能力。

火星有着稀薄的大气,在合适的季节也能短暂录得舒适的气温。

需要补齐的拼图

把来自地球的人类送上另一颗星球甚至久居,是一项空前庞大而复杂的工程,有涉及众多领域的大量关键环节。保障人员在旅途中的健康和安全只是其中的一环。

载人飞船和无人探测飞船相比,为了携带生活物资和生命保障系统,必然非常巨大。我们需要更强大的火箭,才能把巨大的飞船送往火星。而从火星返回的技术目前甚至尚未得到验证,至少要在无人探测器成功从火星取样返回之后,才能真正考虑载人火星往返问题。在抵达火星之后,基地建设和物资保障是需要面临的首要问题。而除了航行安全和生命保障之外,宇航员在长达一年的太空旅途和可能一年半的火星居留中,心理健康需要合理干预。整个项目的规模和复杂程度前所未有,对各个层面上的统筹和管理也提出了极高的要求。

在地球以外的星球长居这幅宏大的画卷,目前还只完成了最初的一两块小小拼图。它是对人类科技水平的全面考验,任何一块短板都会妨碍它的完成。而前往其他行星的成本高昂、发射窗口有限、涉及的行业和领域全面广泛,又决定了它需要国际间的竞争与合作。这项事业一旦启动,引发的科技狂潮将会在一定程度上改变世界局势,如何认识和顺应新的局势发展,也是各国面临的一项新的挑战。

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