金星秀2015完整版

载人探测火星的日子，真的已经不远了吗？最近，美国宇航局再一次提起了详细的火星探测计划，预计在2033年将人类送到火星轨道。在这次任务中，人类宇航员甚至可能在返程时顺便途经金星，一举完成两大壮举。

探测火星已经不是一件容易的事了，美国宇航局为什么还要顺路探访金星呢？实际上，这个计划并未增加任务难度，反而有利于火星探测。

火星探测的窗口期平均每26个月出现一次，再算上路程上的时间，载人探测火星的任务往返就需要差不多3年的时间，这对航天员来说是巨大的挑战。除了他们的生活面临种种问题之外，心理上也会遭受巨大的摧残，微重力和宇宙辐射也会给他们带来伤害。

因此，如何缩短这项任务的时长，一直是科学家们最关注的问题。

早在2017年，就有人提出了关于载人探测火星的具体设想。在航天器方面，可以分为四个部分：

猎户座飞船：既要负责将宇航员送上太空，也是他们返回地表时乘坐的设备；

火星过境栖息地（MTH）：这是宇航员休息和生活的区域，有点类似于空间站；

地球出发级（EDS）：在高地球轨道进行地火转移推射；

火星入轨级（MOI）：在接近火星时进行减速并被火星引力捕获。

除了上述航天器之外，美国宇航局还需要发射两个地球转移射入级（TEI），它们将会辅助火星任务飞行器飞越金星，为返回地球提供更高的速度。

听了这么复杂的计划和许多新的设备，并且像飞越金星这样的任务还需要防止太阳高温带来的破坏，你可能觉得这个任务需要面对的问题很多，有点遥不可及。其实不然，不仅太空发射系统和猎户座飞船已经在去年年底得到了初步验证，其他的部件都已经在设计之中了。

根据美国宇航局喷气推进实验室的最新研究，2033年我们将迎来一个史无前例的窗口期。如果人类能在这一年执行火星探测任务，就有望将这项任务的时长缩短到1.6年左右，几乎相当于腰斩。尽管这个时间仍然很长，但缩短的幅度也相当明显了。

时间等于路程除以速度，我们要么缩短路程，要么加快速度。但火星就在那里，不会改变，只有改变速度才行。虽然人类的传统火箭在速度上不太可能在十年内大幅提升，但我们还可以“找外援”，那就是金星。

在电影《流浪地球》中，大家都看到了地球借助木星的引力弹弓效应实现加速的设想。在现实生活中，人类已经多次利用这种机制给航天器加速了。不仅是木星，金星也可以给人类航天器加速，只不过这也会让任务变得更加复杂。

研究人员提出，这样的任务不能通过单枚火箭的发射实现，而是需要多次发射，在太空进行组装的模式。换句话说，这和我国目前研究的登月计划是类似的。

在报告中，研究人员提到了火星任务飞行器（MMV）的概念，该飞行器以美国现有的猎户座飞船为基础，外加三个推进级组成，发动机采用常规的RS-72或XLR-132，燃料则首选一氧化二氮（N2O4）和单甲基肼（MMH）。

根据研究人员的设想，在2028年的火星探测窗口期，就要逐渐将火星任务飞行器的各个单元发射到地球和火星轨道，这需要差不多4次太空发射系统和13次商业火箭的发射，总有效载荷质量约为1125吨。

这一步又可以细分为两部分，第一部分是两枚太空发射系统Block2和10枚商业运载火箭将两个地球转移射入级送到火星轨道，进行对接。第二部分则是由一枚太空发射系统Block2和10枚商业运载火箭将运载工具送到高空轨道进行对接，准备迎接乘坐猎户座飞船来这里的宇航员。

宇航员需要乘坐发射于2033年3月底或4月初的火箭，前往火星。由于他们可以在太空对接后再出发，这就提供了相对更广阔的窗口期。一旦出发，经过大约200天的时间，他们就能在2033年11月左右抵达火星，与此前已经运抵火星的空间站对接。

从火星回地球却不需要再等到下一个窗口期，而是可以提前出发。因为每隔15年，地球、金星和火星就会迎来一次特殊的排列，利用金星的引力加速，返回地球。因此，宇航员在火星轨道上仅仅驻留30天，就会展开返回地球之旅。

在返回阶段，飞船会与两个地球转移射入级对接，前往金星，借助金星的引力进行加速，返回地球，这个过程一共需要340天，最后猎户座飞船重返地球大气层，结束这次漫长的任务。这样一来，整个项目的时间就可以控制在大约570天的时间内，不仅大幅缩短了任务时长，还能让人类在历史上首次实现近距离亲眼目睹金星芳容的壮举。

可以说，这个任务确实非常复杂，发射的航天器数量也非常多，对人类的航天能力要求比较高。你可能会问了：难道就不能直接前往火星吗？

能，研究人员也提出了这种简单直接的模式。不过就像我们说的，由于火箭运载能力的限制，这种模式必须在两个连续的火星探测窗口期内展开往返的旅程，因此时间也比较长。宇航员需要在火星轨道上等待整整550天的时间，才能迎来返回地球的窗口期，仅仅驻轨时间就和上一个任务的全程差不多，任务的整体时间则长达950天，也就是2.6年。

时间的代价换来的是任务的难度大大降低，比如地球转移射入级只需要一个就可以返回地球，其他构件也少得多。

有得必有失，这对人类的航天能力来说也有新的要求，比如离开火星轨道时需要更强的推进力，单个模块的燃料需求也更高。这些还好，关键是航天员如此长时间地生活在微重力和辐射环境下，生命安全能否保障也是一个问题，并且幽闭在狭窄环境内，心理问题也值得关注，生命支持系统、供应和废物管理等问题也更加凸出。

也就是说，这种模式的确难度相对更低，所需的新技术也比较少，成本也没有另一种模式高，但由此面临的风险也更大。究竟该选哪一个，是美国宇航局需要审慎考虑的。

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