克里斯·詹姆斯《对话》 信用:美国国家航空航天局 在重返火星之前，人类必须克服许多困难
两个主要的参与者是美国国家航空航天局(NASA)和太空探索公司(SpaceX)，它们在国际空间站的任务中密切合作，但对载人火星任务的样子有不同的想法
尺寸很重要 最大的挑战(或限制)是完成旅程所需的有效载荷(航天器、人员、燃料、补给等)的质量
我们仍然在谈论向太空发射东西，就像用黄金发射它的重量一样
有效载荷质量通常只是运载火箭总质量的一小部分
例如，将阿波罗11号发射到月球的土星五号火箭重达3000吨
但是它只能向低地球轨道发射140吨(初始发射质量的5%)，向月球发射50吨(不到初始发射质量的2%)
质量限制了火星飞船的大小和它在太空中的表现
每次机动都要消耗燃料来点燃火箭发动机，而这些燃料目前必须由宇宙飞船运送到太空
SpaceX的计划是让其载人星际飞船在太空中由一艘单独发射的燃料油轮进行加油
这意味着进入轨道的燃料比一次发射携带的多得多
SpaceX“龙”登陆火星的概念艺术
信用:官方SpaceX照片/Flickr，抄送 时间很重要 另一个与燃料密切相关的挑战是时间
将没有乘员的宇宙飞船送往外行星的任务通常围绕太阳运行复杂的轨道
他们利用所谓的重力辅助机动，有效地绕过不同的行星，获得足够的动量到达目标
这节省了大量的燃料，但可能导致任务需要数年才能到达目的地
显然这是人类不想做的事情
地球和火星都有(几乎)圆形轨道，一种被称为霍曼转移的机动是在两个行星之间旅行的最省油的方式
基本上，不需要讲太多细节，这是一个航天器从一个行星到另一个行星的椭圆转移轨道上燃烧的地方
地球和火星之间的霍曼转移需要大约259天(8到9个月)，并且由于地球和火星围绕太阳的不同轨道，大约每两年才有可能完成
宇宙飞船可以在更短的时间内到达火星(SpaceX声称需要六个月)，但是——你猜对了——这样做需要更多的燃料
火星和地球几乎没有相似之处
信用:美国航天局/JPL-加州理工学院 安全着陆 假设我们的宇宙飞船和船员到达火星
下一个挑战是着陆
进入地球的宇宙飞船能够利用与大气相互作用产生的阻力来减速
这使得飞船能够安全地降落在地球表面(前提是它能够经受住相关的加热)
但是火星上的大气比地球上的大气薄100倍
这意味着阻力的可能性更小，所以没有某种帮助是不可能安全着陆的
一些任务依靠安全气囊着陆(比如美国宇航局的“探路者”任务)，而另一些使用推进器(美国宇航局的“凤凰”任务)
后者再次需要更多的燃料
火星上的生命 火星上的一天持续24小时37分钟，但与地球的相似之处就到此为止了
火星上稀薄的大气意味着它不能像地球一样保持热量，所以火星上的生命在白天/晚上的循环中具有温度极端的特点
登陆火星的推进器
火星最高温度30℃，听起来挺惬意的，但最低温度-140℃，平均温度-63℃
地球南极的冬季平均温度约为-49℃
因此，我们需要非常有选择性地选择在火星上的居住地，以及如何在夜间控制温度
火星上的重力是地球的38%(所以你会感觉更轻),但是空气主要是二氧化碳(CO₂)和百分之几的氮，所以它是完全不能呼吸的
我们需要建造一个气候可控的地方来居住
SpaceX计划发射几次货运飞行，包括关键的基础设施，如温室、太阳能电池板和——你猜对了——返回地球任务的燃料生产设施
火星上的生命将是可能的，并且已经在地球上进行了几次模拟试验，以观察人们将如何应对这种存在
回到地球 最后的挑战是返程和让人们安全返回地球
阿波罗11号以大约40，000公里/小时的速度进入地球大气层，这刚好低于逃离地球轨道所需的速度
我们需要让人们安全返回地球，任务完成
信用:NASA 从火星返回的宇宙飞船的重返速度将从47000公里/小时到54000公里/小时，这取决于它们到达地球的轨道
在进入我们的大气层之前，它们可以减速进入环绕地球的低轨道，达到每小时28800公里左右，但是——你猜对了——它们需要额外的燃料来完成
如果它们直接进入大气层，它会为它们减速
我们只需要确保我们不会用重力杀死宇航员或者因为过度加热而烧掉他们
这些只是火星任务面临的一些挑战，而实现这一目标的所有技术构件都在那里
我们只需要花时间和金钱，把一切都集中起来
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