2039年，人類登陸火星

杭蘇

進(jìn)軍火星

在太陽系中，火星是除了金星外距離地球最近的行星。火星有著類似于地球的四季交替，在火星上的1天幾乎與地球上的一樣長，火星與地球的諸多相似點(diǎn)吸引人類不斷發(fā)射探測器去了解火星。早在上個(gè)世紀(jì)60年代，人類就踏上了征途：1971年美國“水手9號(hào)”成為第一個(gè)火星軌道飛行器；1997年7月4日由美國“火星探路者”探測器攜帶的“索杰納號(hào)”成為第一部成功在火星著陸的火星車。如今，已有40多枚探測器到達(dá)過火星。第一批登陸火星衛(wèi)星的“火星宇航員”也有望在2033年前啟程。

火星距離地球最近的距離是5？600萬千米，最遠(yuǎn)距離4億千米！火星之旅十分遙遠(yuǎn)，不僅飛向火星要花9個(gè)月的時(shí)間，連地火遠(yuǎn)程通訊也要延遲20多分鐘，即使乘坐還在研制中的、可以持續(xù)加速或減速的核動(dòng)力太空船，整個(gè)航程還是要持續(xù)三四個(gè)月。這種核動(dòng)力太空船攜帶數(shù)千枚小型核彈，當(dāng)飛船需要?jiǎng)恿r(shí)，宇航員就從船尾釋放出一顆核彈，接著再釋放出一些由含氫塑膠制成的固體圓盤，當(dāng)飛船駛出一定距離，核彈將在飛船后面爆炸，蒸發(fā)掉塑膠圓盤，將其轉(zhuǎn)化成高熱的等離子漿。這些等離子漿會(huì)向四面八方?jīng)_擊擴(kuò)散，其中一些將會(huì)追上太空飛船，撞擊太空飛船尾部巨大的金屬推進(jìn)盤，從而推動(dòng)太空飛船高速行駛。太空飛船上還設(shè)計(jì)了一個(gè)震波吸收系統(tǒng)，可以把沖撞到金屬推進(jìn)盤上的能量儲(chǔ)存起來，并逐漸釋放出去。

登上火星

早期火星考察任務(wù)的最佳人數(shù)應(yīng)該是4個(gè)人：2位接受過野外地質(zhì)和系統(tǒng)工程培訓(xùn)的專業(yè)飛行員；1位接受過飛行、系統(tǒng)工程和野外生物學(xué)培訓(xùn)的專業(yè)野外地質(zhì)學(xué)家；還有1位是接受過醫(yī)學(xué)和野外地質(zhì)培訓(xùn)的專業(yè)野外生物學(xué)家。考察任務(wù)的成功與否就不單單取決于某一個(gè)人，除了為整個(gè)團(tuán)隊(duì)奉獻(xiàn)自己的專長，還需要整個(gè)團(tuán)隊(duì)的通力合作。在歷史上，孤軍奮戰(zhàn)的小探險(xiǎn)隊(duì)如果有一位經(jīng)驗(yàn)豐富的領(lǐng)導(dǎo)者指揮，往往更能取得巨大的成功。

由于火星之旅的時(shí)間長達(dá)數(shù)月，考察隊(duì)必須不斷演練著陸和其他航程中會(huì)遇到的飛行操作。火星考察的發(fā)射和著陸之間有長達(dá)9個(gè)月的間隔，不在飛船上進(jìn)行定期演練的話，這段時(shí)間顯然會(huì)過于漫長。地球上的地面控制無法實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的任務(wù)控制功能，因?yàn)榈厍蚺c火星飛船之間會(huì)出現(xiàn)通訊延遲（單程通訊最長需要22分鐘）。因此，地面將承擔(dān)那些不需要與火星考察隊(duì)實(shí)時(shí)互動(dòng)的任務(wù)，例如數(shù)據(jù)分析處理、每周計(jì)劃、系統(tǒng)及消耗品監(jiān)測分析、維護(hù)計(jì)劃以及方案研發(fā)等。探測任務(wù)的實(shí)時(shí)控制必須由宇航員自己來完成。比如說，考察任務(wù)可能由兩組隊(duì)員構(gòu)成，一組著陸火星的時(shí)候，另一組會(huì)留在繞火星軌道上擔(dān)當(dāng)任務(wù)控制中心；第一組隊(duì)員返回軌道之后，第二組隊(duì)員則會(huì)著陸到另一個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行考察等。

考察地貌

科學(xué)家預(yù)計(jì)，影響火星地質(zhì)結(jié)構(gòu)的因素介于地球和月球之間，因?yàn)檫@顆紅色行星的尺寸介于兩者之間。事實(shí)上，從不斷增長的火星地理知識(shí)已經(jīng)證實(shí)了這一點(diǎn)。從火星軌道探測器和海盜號(hào)著陸探測器發(fā)回首批火星照片時(shí)起，我們就知道火星的地質(zhì)特征源于內(nèi)部和外部因素的共同作用。

火星與地球不同，有著一層薄薄的大氣，地面大氣壓大約是地球海平面大氣壓的1%。大氣會(huì)改變火星的地質(zhì)蓋層，而這層物質(zhì)正是考察隊(duì)員不得不加以評(píng)估的：他們必須透過蓋層才能識(shí)別、分析和了解下面的巖石單位。火星大氣會(huì)過濾掉一些較小的流星和彗星——如果讓這些“小家伙”擊中地面，會(huì)形成直徑不超過30米的隕擊坑，較大的隕擊坑又稱“環(huán)形山”。因此，火星表面不會(huì)像月球那樣布滿撞擊產(chǎn)生的“飛沫”。相反，物質(zhì)移動(dòng)的主要方式是被風(fēng)吹動(dòng)的塵埃。火星上的塵埃有著多種來源，包括風(fēng)對巖石的侵蝕、山崩、外來天體撞擊和化學(xué)反應(yīng)。塵埃形成的松軟沙丘是考察隊(duì)員需要避開的，它們與地球上在平原和山隘間被風(fēng)吹到一起形成的深雪堆非常相似。事實(shí)上，“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”火星車有時(shí)就會(huì)陷在里面。

盡管火星大氣起到了一定的過濾作用，但與撞擊有關(guān)的地質(zhì)現(xiàn)象，仍然主宰著大部分暴露在外的火星地質(zhì)構(gòu)造的表面和近表面紋理。到達(dá)火星的第一批宇航員必須弄清楚拋射、碎裂和激波對巖石的改變。不過，并非所有巖石都跟撞擊有關(guān)。在許多裂谷以及其他地區(qū)，層狀巖石似乎主要是沉積巖或者火山地層。撞擊產(chǎn)生的表層土并沒有覆蓋住所有地方，火星地下許多巖床露出地表的巖層斷頭，讓考察隊(duì)員很容易進(jìn)行常規(guī)的地質(zhì)學(xué)檢測和采樣。火星上的液態(tài)水會(huì)蝕刻地貌，產(chǎn)生新的礦物。實(shí)驗(yàn)室分析已經(jīng)證實(shí)，火星軌道探測器和著陸探測器對火星礦物的分析，已經(jīng)檢測到了多種含水黏土以及可能從水中析出的硫酸鹽。火星的巖石中含有大量氧化鐵（赤鐵礦）。這是火星上曾經(jīng)存在液態(tài)水的另一個(gè)跡象。水還會(huì)轉(zhuǎn)移礦物，開鑿山谷。一些“天外來客”的撞擊似乎還融化了地表下的冰，導(dǎo)致了泥石流。火星宇航員可能會(huì)遇到的礦物種類將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們原來的想象，他們必須做好準(zhǔn)備解釋這些礦物的來源。

總而言之，火星表層土由撞擊產(chǎn)生的拋射物和泥石流或洪水帶來的碎屑構(gòu)成，其中還夾雜著被風(fēng)吹來的塵埃。在火星兩極地區(qū)，表層土中還含有水和二氧化碳構(gòu)成的冰或霜凍，“鳳凰號(hào)”火星著陸探測器最近證實(shí)了這一點(diǎn)。

任重道遠(yuǎn)

由于火星和地球有如此眾多的不同之處，未來的火星野外宇航員將面對許多新的挑戰(zhàn)。在火星上考察必須穿戴加壓宇航服，這是影響考察效率的主要因素。只有身穿加壓宇航服。才能在非常嚴(yán)酷的環(huán)境下進(jìn)行大量的野外考察工作。機(jī)器人野外考察助手或許可以幫助宇航員預(yù)先規(guī)劃野外活動(dòng)。來自火星的圖像顯示，盡管風(fēng)吹來的細(xì)小塵埃會(huì)在許多巖石表面形成一個(gè)類似“巖銹”的極薄覆層，但是風(fēng)也會(huì)經(jīng)常清理巖石表面，因此塵埃覆層不會(huì)對觀察巖石和識(shí)別礦物產(chǎn)生大的影響。

考察隊(duì)員需要非凡的洞察力，必須考慮風(fēng)力、重力及水力搬運(yùn)物質(zhì)所造成的影響。在火星考察時(shí)，人眼也可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)覺。在真空或者稀薄大氣中，我們的大腦會(huì)傾向于低估距離。在地球上的沙漠或者高山地帶，通透的空氣也會(huì)使人出現(xiàn)類似的錯(cuò)覺：沒有房屋、樹木、灌木、電線桿等人們熟悉的物體作為參考，這種錯(cuò)覺會(huì)進(jìn)一步加深。地表上的塵埃同樣會(huì)欺騙雙眼。在地球上的雪地里，回看自己的影子或者在飛機(jī)飛越叢林或農(nóng)田時(shí)遙望飛機(jī)的影子，只要朝背離太陽的方向看過去，都會(huì)出現(xiàn)一團(tuán)強(qiáng)烈的反向散射。這種所謂的“反向效應(yīng)”看起來就像一個(gè)明亮而彌散的亮斑。火星上的宇航員也會(huì)看到反向效應(yīng)。反向散射會(huì)把一些光投進(jìn)陰影。而朝向太陽方向看到的陰影只會(huì)被其他表面散射的少量光線照亮。因此在拍攝照片時(shí)，必須根據(jù)與太陽方向的夾角來調(diào)整相機(jī)的光圈。未來科學(xué)考察用的照相機(jī)和攝像系統(tǒng)，應(yīng)該具備根據(jù)光照條件自動(dòng)調(diào)節(jié)光圈的能力。？？？？

鑒于火星探測任務(wù)的昂貴成本和歷史重要性，探測任務(wù)必須確保萬無一失。如果出現(xiàn)問題，宇航員也應(yīng)該能夠繼續(xù)執(zhí)行他們的任務(wù)，并實(shí)現(xiàn)所有的主要目標(biāo)。比如說，飛船最好能攜帶兩個(gè)著陸器，以防止其中一個(gè)無法使用；如果在進(jìn)入大氣層、下降及著陸的過程中系統(tǒng)或軟件出現(xiàn)異常，宇航員能夠緊急迫降著陸。一旦考察隊(duì)在火星上安全著陸，就可以在地球控制中心的協(xié)助下，花點(diǎn)時(shí)間慢慢解決出現(xiàn)的這些問題。