飞向火星不是梦

【俄新社3月28日专稿】题：飞向火星不是梦（作者俄罗斯科学院宇航技术研究所室主任尤·扎伊采夫）
梦想与现实
说实话，还没有一个行星像火星一样充满了各种各样的传说，有好的，也有坏的。这个“火红的行星”始终是学者、作家和幻想家的天堂。
自从借助太空探测器考察火星以来，大部分神话已经驱散。同时却发现了这个神秘行星的一系列特点，它们都说明，曾几何时水曾在火星唱过主角。一个最典型的例子是，火星上的盆地中极像有分支繁多的干涸了的河流。科学家议论火星曾经有过开放的水体、湖泊甚至海洋以及较为稠密的大气层已经有20多年。
其实，这是指火星上曾经发生过全面的生态灾难。考虑到工业化文明的干预使地球气候发生的变化，而这些变化则又给地球造成了规模并不亚于生态灾难的危害，弄清火星上发生的一切是极其重要的。
如果很久很久以前火星上的确有较为稠密的大气层、温和的气候和水，那么那里完全可能有生命。看来，在把火星土送到地球上的实验室仔细分析以前，这个问题是不会有答案的。这个问题的最终答案，则要等到人飞向火星、有意识地从沉积岩中取样后才能得出。
考察火星
到今天为止，对火星的考察任务已执行过多次。从1962年11月苏联发射第一个星际站起，已经向火星发射了近30个苏联和美国的太空探测器。有人造卫星和降落装置，包括带有“火星行走器”的降落装置。90年代，考察搞得更是热火朝天。最近10年内，就向火星发射了9个太空探测器。日本的“希望”号至今还在火星上。其余的8个考察器中，仅有3个考察器顺利完成任务，剩下的全都下落不明。失败率过高，会令人不由自主地想到：也许火星上真的有文明社会，这该不是火星人对地球人入侵的有组织的抵抗吧？
最近几年，计划再向火星发射10个自动太空探测器。俄罗斯的“火星—火卫”号卫星就是其中之一，它除了考察火星本身之外，还将把火星土带回地球。
2007年起，法国和意大利的星际自动考察器也将加入研究工作。美国航天局将在2016年前，每隔26个月，至少发射一个轨道器和一个降落装置。
估计在2017至2022年间，美国将向火星发射一个由12至15名天文学家组成的考察队。如果技术问题得到解决，那么有500亿至700亿美元就“足够”了。如果美国做不到，国际社会将联合起来，在2030至2033年间完成这项考察任务。
对火星进行载人考察，是欧洲研究协调机构长期考察太阳系星体计划的最终目标。2002年，该计划首次从这个机构获得了拨款。本应拨出4000万欧元，结果只拨了1410万。
选用什么样的发动机？
在考察火星时，专家必须协调好三大因素：总的飞行时间、宇航员在火星上停留的时间以及携带的燃料量。关键是选择什么样的发动机来完成地球至火星以及从火星返回地球的飞行。
有三种发动机可以完成这项任务：液态氢氧发动机、原子能发动机和电喷发动机。任何喷气发动机的效率都是由燃气流的速度决定的：速度越快，越省油。当然，火星船的初始质量也应降低。
液态喷气发动机已经十分完善，但是它的效率不高。它的气流流速每秒不超过5000米，飞行所需的燃料因此不得少于1000吨。原子能发动机的气流流速为10000米／秒，但是必须为它加上厚实的辐射防护，而且还须解决在地面上研制发动机时的生态污染问题。而在电喷发动机中，电磁场中带电粒子的流速可以达到70000米／秒。这是到今天为止，最经济和最可靠的发动机。当然，它也有缺点，那就是其牵引力相对小，因此在近火星轨道上的飞行时间就会拉长。
电喷发动机的能源既可用太阳能电池，也可用核反应堆。
苏联“宇航之父”谢·科罗廖夫曾建议使用电喷发动机，用核反应堆做燃料。可是，过去40年中，火星载人考察方案不断进化，发生了各种变化。1987年曾建议采用两组独立的发动机，每组有独立的反应堆，从而大大提高飞行的可靠性。
1998年的变化最大。巨大的太阳能电池板代替了核反应堆，这是为了使飞船变得生态清洁，并且便于在地面上研制发动机装置。
考察方式
从一个星球飞到另一个星球，必须有恰当的相对位置。而且，从地球飞往火星和从火星返回地球的相对位置是不同的。所以，抵达火星后，必须经过一至一年半时间，才能等到返回地球的最佳相对位置。当然也可以不等待“最短轨道”，这样就需要消耗更多的燃料。
飞行方式还取决于飞船的装配地点。譬如，可以不在近地轨道而是在近火星轨道上最终完成装配工作。如果采取后一种方式，火星起降装置就可以自动飞向火星，乘员可以坐在载人舱中抵达火星。在近火星轨道上，部分乘员进入起降装置，并降落在火星表面。完成作业后，再乘坐降落装置中的火箭返回载人舱。
俄罗斯能源宇航综合体的专家在分析了各种方案以及各种可能出现的危险后，采取了已经在月球考察中使用过的最简单的飞向火星的方案。飞船在近地轨道完成全部组装工作，通过“最短轨道”飞向火星。降落装置在近火星轨道上与飞船相分离，部分乘员将乘坐这一装置抵达火星表面。宇航员在火星上停留10至30个日日夜夜后，再乘火箭回到轨道站，飞回地球。
已经干了什么？
最近几年，人飞往火星的构想已经有了技术计划的轮廓。已开发出可把飞船部件送上近地轨道的运载工具，只需要发射经过试验的6枚“能源”号火箭就行了。
自动化对接系统已经在“礼炮”号与“和平”号轨道站的飞行过程中加以改进，作为太阳能电池板核心部位构件的放置办法也经过了试验。电喷发动机已研制成功，并且已在太空中顺利工作。
闭合的生命保障系统经过了多次验证。闭合的水循环系统已完全研究成功。人体排出的水分经处理后，达到饮用水的标准，可以再次饮用。而人呼出的碳酸气，经处理并加入氧气后也可再次利用。地面上早就有类似的装置。飞船上的类似装置目前正在试验中，今后将送到国际太空站的俄罗斯分部使用。
制造氧气的电解水系统在“礼炮”号与“和平”号轨道站上已使用多年。
封闭式的食品系统占地大，不适合火星飞船使用。简单的办法是带足所需的食品。不过轨道站种植各种植物、养鱼和养家禽的实验表明，在星际飞行中培育新鲜食物添加剂的做法是有前途的。
火星飞船的生活舱很像轨道站上的基础舱。目前尚没有在火星上降落的飞船，但是在制造和使用自动降落装置以及起飞火箭方面已经有了丰富的经验。过去，这样的火箭就曾从月球表面起飞过。
专家认为，装置本身已经做好了首次飞向火星的准备工作。俄罗斯火星飞行计划制订者列·戈尔什科夫说，这一计划的主要优点之一，就是彻底保障宇航员的安全。
因此，在宇航学发展的现阶段，人飞向火星的难度并不比当年人飞向月球时高。
乘员组在超长期的失重、肌力衰退、与世隔绝和不停地受到不良环境干扰的情况下生活并工作的“人的问题”，已经在某种程度上得到解决。
火星考察队
俄罗斯医生兼宇航员瓦·波利亚科夫曾在“和平”号轨道上连续飞行过438个昼夜。俄罗斯科学院医学生物学问题研究所所长阿·格里戈里耶夫说：“现在没有发现人体内发生了阻碍进一步有计划地增加太空飞行的时间和完成火星考察的重大变化。”
现在的问题，是如何使宇航员不受到银河系和太阳系宇宙射线的伤害，因为这些射线在地球辐射带之外大幅度增加。火星考察所需要的两年时间，受辐射的总量会超过允许值的一倍。为保障安全，可以在飞船上设辐射防护舱，并且研究积极防御的办法，以及借助药物预防。俄罗斯的一种自动卫星上已经试验了保护生物不受电离射线伤害的办法，结果相当喜人。
与乘员组保持经常联系不是一件易事。除了因为地球同飞船的距离太远而使无线电信号的传输时间过长外，还有一个难题：当飞船转到太阳后面时，会失去无线电联系。所以，飞船应保持很大的独立性，乘员的行动也应具有独立性。
至于乘员的人数，当然是越少越好。那么究竟少到什么程度呢？
飞行的关键阶段之一是宇航员在火星着陆。乘员应一分为二，一部分降落，另一部分留在轨道上。从心理学的角度看，也是为了便于相互帮助，每个组的人数不应少于两人，也就是说，总共需要四人。
火星飞船的乘员在整个飞行期间，不能依靠外来帮助，只能靠自己。所以乘员中不仅应当有医生和懂各种专业的工程师，还应当有了解各学科的科学家。否则，只会是为飞行而飞行。培养万能的专家是不可能的，即使兼职，也需要不少人。可是，在火星考察的初步阶段，考察队的人数只能局限在四至六人。