? ? ? ? “水手四號”火星探測衛(wèi)星于1964年11月28日發(fā)射。它回傳了第一張火星表面的照片，并且是第一張從除了地球以外另外一個(gè)行星上拍的照片莫湘。同時(shí)，這張充滿了隕石坑郑气、死寂世界的照片倔韭， 震驚了科學(xué)界。打破了幾世個(gè)世紀(jì)以來人類對火星的各種各樣的遐想弦讽，以前人類通過望遠(yuǎn)鏡觀測火星磕道，發(fā)現(xiàn)在火星上有河床，認(rèn)為火星上有河流讳侨，甚至可能是“火星人”挖掘的人工運(yùn)河呵萨，火星上有與地球一樣冰雪覆蓋的南北極，“火星人”也可能具有像地球一樣欣欣向榮的火星人類社會跨跨，關(guān)于“火星”的科幻小說繁榮了幾個(gè)世紀(jì)潮峦。
? ? ? ? 2000年上影的《火星任務(wù)》科幻電影，對火星上的人臉像勇婴，展開了豐富的想象力忱嘹，幻想人臉像是火星遠(yuǎn)古文明留下的遺址，火星文明因?yàn)楦叨任拿鞫庵職缧源驌舾剩祟愂怯苫鹦俏拿餮永m(xù)德谅。登陸火星的宇航員最后用人類DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)編碼，解開人面像大門的進(jìn)入密碼萨螺。美國人也是腦洞大開窄做，也不顧邏輯漏洞愧驱。既然火星人有這個(gè)能力把種子送到地球，為啥就不直接來地球定居椭盏，而是坑害后代過了幾千萬年以后才發(fā)展出我們現(xiàn)在的人類文明组砚？難道是怕太文明導(dǎo)致毀滅？
? 隨著美蘇不斷向火星發(fā)射探測器糟红，火星神秘的面紗已經(jīng)被人類解開∥谝叮火星也與好奇的人類越來越近盆偿。
? ? ? ? 網(wǎng)上炒紅的美國路易斯安那州一位13歲（2014年）女孩艾麗莎·卡森(Alyssa Carson)或?qū)⒊蔀榈顷懟鹦堑牡谝蝗恕Ｋ俏ㄒ粎⒓恿嗣绹詈骄秩咳问澜缣障牧顮I的人准浴。
? ? ? ? 最近事扭，看網(wǎng)上到，這位女孩子將可能在2033年時(shí)登陸火星乐横，因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)間是火星離地球最近的時(shí)機(jī)求橄，錯(cuò)過了這個(gè)時(shí)機(jī)，地球與火星就更遠(yuǎn)葡公。即使最近距離罐农，人類的宇宙飛船到達(dá)火星也需要半年時(shí)間。
? ? ? ? 與火星最近距離約為5500萬公里,最遠(yuǎn)距離則超過4億公里催什。兩者之間的近距離接觸大約每15年出現(xiàn)一次涵亏。1988年火星和地球的距離曾經(jīng)達(dá)到約5880萬公里,而在2018年兩者之間的距離將達(dá)到5760萬公里。但在今年的8月27日,火星與地球的距離將僅為約5576萬公里,是6萬年來最近的蒲凶。
? ? ? ? 人類發(fā)射的飛船達(dá)到第二宇宙速度气筋，11.2千米/秒，達(dá)到地球逃逸速度進(jìn)入太陽軌道豹爹。與火星軌道交匯后進(jìn)入繞火星軌道裆悄，減速后降落火星矛纹。
? ? ? ? 火星是太陽系八大行星之一臂聋，屬于類地行星』蚰希火星比地球小得多孩等，直徑約為地球的53%，質(zhì)量為地球的11%采够。所以火星的逃逸速度比地球小肄方。
? ? ? ? 逃逸速度的計(jì)算公式是：
? ? ? ? 計(jì)算火星的逃逸速度，只需要把公式中的M蹬癌、r換成火星的質(zhì)量权她、半徑即可虹茶。
? ? ? ? 計(jì)算結(jié)果是，從火星表面起飛的火箭（或飛船）要沖破火星的引力隅要，速度要達(dá)到5.02千米/秒蝴罪。
這個(gè)速度還不到地球逃逸速度的一半。因?yàn)榈厍虻奶右菟俣仁?1.2千米/秒步清。
? ? ? 以前在看過2000年拍攝《火星任務(wù)》要门，近年看過《火星救援》，這兩部美國的科幻片廓啊，要把人類登陸火星的任務(wù)現(xiàn)在看來并不是很難欢搜，但難度在于要完成雙程，這就是一個(gè)難度比較大的任務(wù)谴轮。據(jù)說炒瘟，把一公斤的載荷送到火星需要20萬人民幣。如何考慮返程书聚，那么費(fèi)用至少翻個(gè)幾倍唧领。
? ? ? 要把人送往火星并且安全返回地球，這是一個(gè)復(fù)雜而又龐大的宇宙探索行動(dòng)雌续。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)斩个，主要涉及到這幾個(gè)方面的科技，一驯杜、空間飛行器制造技術(shù) 二受啥、飛行器及實(shí)驗(yàn)艙能源供給系統(tǒng)? 三、航天醫(yī)學(xué) 四鸽心、生命保障系統(tǒng)? 五滚局、通信技術(shù) 六、自動(dòng)化技術(shù)（人工智能）等技術(shù)顽频。
? ? ? ? 北京時(shí)間2021年2月19日4點(diǎn)55分（美國東部時(shí)間2月18日15點(diǎn)55分）藤肢，美國 “毅力號”火星車成功在紅色星球登陸。
? ? ? ? ? 它的任務(wù)是糯景， 首先第一：尋找在火星上的可居住性目標(biāo)嘁圈；第二：尋找在火星上的生物特征目標(biāo)；第三：要在火星上暫存樣本蟀淮；第四最住，為將來的載人登陸做最后的準(zhǔn)備，包括要在火星的表面上對制氧的設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等怠惶；
? ? ? ? 這次任務(wù)是為人類首次登陸火星進(jìn)行的前期探索與試驗(yàn)涨缚。
一、運(yùn)載工具篇
? ? ? ? 火星任務(wù)首要工具就是運(yùn)載工具策治，飛行器結(jié)構(gòu)本身就是巨大的載荷脓魏，以往前發(fā)射大空船兰吟，都是用多級火箭，通過火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高速噴射氣體產(chǎn)生巨大的反推力克服地心引力把大空船送至外太空茂翔，而多級火箭及發(fā)動(dòng)機(jī)則拋棄在大氣層中自由濺落燒毀揽祥。
? ? ? ? 世界上運(yùn)載能力最強(qiáng)，投入實(shí)用的火箭是美國在1966美國土星5號“檩电，于1962年開始研制拄丰，1967年11月9日首次飛行，仍是人類歷史上使用過的自重最大的運(yùn)載火箭俐末，高達(dá)110.6米料按，起飛重量3038.5噸；總推力達(dá)3408噸卓箫，月球軌道運(yùn)載能力45噸载矿，近地軌道運(yùn)載能力118噸。土星5號是三級火箭烹卒，由S-1C第一級闷盔、S-2第二級、S-4B第三級旅急、儀器艙和有效載荷組成逢勾。第一級長42米，直徑10米藐吮，到尾段底部直徑增大到13米溺拱。尾段上裝有4個(gè)穩(wěn)定尾翼，翼展約18米谣辞。第一級采用5臺F-1發(fā)動(dòng)機(jī)迫摔，推進(jìn)劑為液氧和煤油，2個(gè)10米直徑的鋁制推進(jìn)劑貯箱用桁條和隔框加強(qiáng)泥从。第二級長25米句占，直徑10米，采用液氧液氫推進(jìn)劑躯嫉，共用5臺J-2發(fā)動(dòng)機(jī)纱烘。第三級長18.8米，直徑6.6米和敬，1臺J-2發(fā)動(dòng)機(jī)凹炸，推進(jìn)劑為液氧液氫戏阅。它共成功發(fā)射過19次昼弟，讓人類用“阿波羅”系列飛船登陸月球。
它由德國科學(xué)家馮~布勞恩主持設(shè)計(jì)奕筐。
二变骡、? “重型獵鷹”運(yùn)載火箭
? ? ? “重型獵鷹”（Falcon Heavy，簡稱FH）是一款由美國私立太空公司“SpaceX”（太空探索技術(shù)公司）建造的可重復(fù)利用運(yùn)載火箭芭逝。
? ? “重型獵鷹”火箭是現(xiàn)役推力最大的運(yùn)載火箭塌碌。起飛推力2280噸，起飛質(zhì)量1420.8噸旬盯，其近地軌道運(yùn)載能力達(dá)63.8噸台妆，地球同步軌道運(yùn)載能力為26.7噸 ∨趾玻火星軌道的運(yùn)載能力：16.8 噸接剩。
? ? ? 如果它的可回收技術(shù)，能夠運(yùn)用在火星任務(wù)中重復(fù)使用萨咳，那么飛船的有效載荷可以大大增如懊缺。發(fā)射成本也會大大降低。
? ? ? 從火箭的起飛重量1420.8可以知道培他，把16.8噸的飛船送往火星的火箭的起飛重量這么大鹃两，如果在返程中，火星的引力雖然沒有地球這么大舀凛，空氣也比地球稀薄的多俊扳。因此，從火星發(fā)射返程的火箭仍然要500噸左右的起飛重量猛遍。
? ? ? ? 火箭中的重量大部分是攜帶的燃料的重量拣度。如果要攜帶這么多燃料降落至火星恐怕是不行的◇θ溃火星上準(zhǔn)備這么一塊降落場地也是不太可能的抗果。就是能攜帶這么多燃料降落也是風(fēng)險(xiǎn)太高，那么奸晴，返程燃料要用另外的太空船分次攜帶在火星上著陸冤馏，后再給降落在火星上的火箭加注燃料。要不返程燃料就要在火星上解決寄啼。還有的辦法就是像《火星救援》上用最輕的返回艙逮光，用最小的固體火箭把宇航員送入火星軌道，與其他接應(yīng)飛船對接后墩划，再返回地球涕刚。要登陸火星并且要保障宇航員在火星上能生存一段時(shí)間，進(jìn)行科考任務(wù)乙帮，并且安全返回地球杜漠，僅做一次發(fā)射是不夠的。
二、火星環(huán)境
火星大氣層構(gòu)成驾茴，95.3%的二氧化碳盼樟，2.7%的氮，1.6%的氬锈至，0.2%的氧晨缴。相比之下，地球的大氣層由78.1%的氮峡捡、20.9%的氧击碗、0.9%的氬以及0.1%的二氧化碳和其他氣體構(gòu)成。從這份詳細(xì)對比中可以看出们拙，現(xiàn)在所有訪問火星的人類都必須攜帶大量的氧氣和氮?dú)庖跃S持生命延都。
? ? ? 火星大氣的密度不到地球大氣的百分之一，表面大氣壓500～700帕睛竣，而地球上的大氣壓為101.325kPa晰房。
? ? ? ? 火星的平均表面溫度低達(dá)-62.77℃，最高溫度為-23.88℃射沟，最低溫度低于-73.33℃殊者。相比之下，地球的平均表面溫度為14.4℃左右验夯。
? ? ? ? 火星自轉(zhuǎn)速率為24小時(shí)37分鐘（地球：23小時(shí)56分鐘）猖吴。自轉(zhuǎn)軸傾斜度為24度（地球?yàn)?3.5度）。引力是地球引力的三分之一挥转。與太陽的距離足夠近海蔽，因此有季節(jié)之分“笠ィ火星距太陽的距離比地球距太陽的距離遠(yuǎn)50%左右党窜。
? ? ? 火星不像地球有磁場，因此火星不能
? ? ? ? 宇航員在火星上必須要穿著增壓航天服借宵，火星上的空氣氧含量非常的低幌衣。而且是低溫環(huán)境。
三壤玫、生命保障系統(tǒng)
? ? ? ? 宇航員到達(dá)火星至少要半年時(shí)間豁护，宇航員每天需要的食物、水欲间、氧氣的重量楚里，加起來約為四公斤左右，一名宇航員到達(dá)火星半年時(shí)間里需要補(bǔ)給一噸的補(bǔ)給猎贴，如果宇航員要在火星待上3年時(shí)間后返回班缎，宇航員的補(bǔ)給至少要攜帶十噸左右蝴光，才能維持生命最基本的保障。如果啟用回收利用裝置吝梅，那么這些裝置又得增加飛船的載荷。最好是在航行過程中宇航員在生態(tài)循環(huán)艙內(nèi)生活惹骂，在降落火星時(shí)生態(tài)循環(huán)艙與登陸艙一齊著落火星苏携。生態(tài)艙內(nèi)可以完成，氣體及排泄廢物的循環(huán)利用对粪。盡可能地減少宇航員的給養(yǎng)損耗右冻。
? ? ? ? ? 生態(tài)圈2號的失敗經(jīng)驗(yàn)雖然揭示，人類離開地球環(huán)境無法自然完成生態(tài)循環(huán)著拭。但在火星上建立密閉的生態(tài)艙纱扭，在人工調(diào)節(jié)之下，可以達(dá)到一定的物質(zhì)循環(huán)儡遮，從而減少飛船攜帶的物資乳蛾。
? ? ? ? ? 《火星救援》上馬克利用火星土壤種植出土豆這個(gè)情節(jié)，應(yīng)該是虛構(gòu)的鄙币，且不說火星土壤不經(jīng)改良是否適用土豆生長肃叶，光照、溫度十嘿、氣壓因惭、濕度、空氣绩衷、微生物等環(huán)境都是作物生長的不可缺少的條件蹦魔。
? ? ? ? ? 科學(xué)家們從鳳凰號火星車等探測器采取的2009份火星土壤樣品中找到了一個(gè)危險(xiǎn)的東西——強(qiáng)氧化劑高氯酸鹽，尤其是火星這種充滿宇宙射線的環(huán)境咳燕，高氯酸鹽和強(qiáng)氧化劑會讓火星土壤變得極度有害勿决，生物難以存活。
? ? ? ? 因此招盲，初次登陸火星剥险，寄希望與火星土壤能種植出滿足宇航員的食用的作物來可能不太現(xiàn)實(shí)。
? ? ? ? ? 三宪肖、能源
? ? ? ? 地球到太陽 的距離的平均值為1.5億千米表制，火星到太陽的距離的平均值為2.28億（千米）。地球火星太陽陽光照射強(qiáng)度比：1.5/2.3=0.65控乾∶唇椋火星上的太陽陽光照射強(qiáng)度為地球的65%。因此蜕衡，完全靠太陽能發(fā)電來供給壤短，恐怕電量不足以維持宇航員生命保障系統(tǒng)，及科考活動(dòng)的能源需求。因此在火星任務(wù)中也要使用核電池來供電久脯，以滿足火星探測活動(dòng)中的能源需求纳胧。
? ? ? ? ? 核電池是原理是： 放射性同位素電池的熱源是放射性同位素。它們在蛻變過程中會不斷以具有熱能的射線的形式帘撰，向外放出比一般物質(zhì)大得多的能量跑慕。這種很大的能量有兩個(gè)令人喜愛的特點(diǎn)。一是蛻變時(shí)放出的能量大小摧找、速度核行，不受外界環(huán)境中的溫度、化學(xué)反應(yīng)蹬耘、壓力芝雪、電磁場的影響，因此综苔，核電池以抗干擾性強(qiáng)和工作準(zhǔn)確可靠而著稱惩系。另一個(gè)特點(diǎn)是蛻變時(shí)間很長，這決定了放射性同位素電池可長期使用如筛。
? ? ? ? 放射性同位素電池采用的放射性同位素來主要有鍶-90(Sr-90蛆挫，半衰期為28年)、钚-238(Pu-238妙黍，半衰期 89.6年)悴侵、釙-210(Po-210半衰期為138.4天)等長半衰期的同位素。將它制成圓柱形電池拭嫁。燃料放在電池中心，周圍用熱電元件包覆浇借，放射性同位素發(fā)射高能量的α射線，在熱電元件中將熱量轉(zhuǎn)化成電流妇垢。
? ? ? ? 核電池可能用來驅(qū)動(dòng)火星車及機(jī)械臂的工作肉康，也可以為火星居住艙生命保障系統(tǒng)提供電力。
? ? ? ? 美國航天局的這一過程將在一個(gè)鞋盒大小的化學(xué)工廠“莫险切剑”（火星氧氣ISRU實(shí)驗(yàn)）中進(jìn)行測試，它利用電能將二氧化碳分解為氧氣和一氧化碳刚夺，這兩種物質(zhì)都很有用：氧氣用于生命維持，而一氧化碳則作為火箭燃料的組成部分侠姑，供未來宇航員從火星返航時(shí)使用。
? ? ? 火星液態(tài)水中莽红，主要含有高氯酸鹽妥畏。可以把純水把里面分離出來船老，再電解成氧氣與氫氣咖熟。也可以做為維持宇航員的呼吸用氧圃酵，也可以做為返回地球的火箭的燃料柳畔。
四、通信保障
? ? ? ? 在火星軌道上建立中繼通信衛(wèi)星郭赐，使火星與地球上的通信可以隨時(shí)保證通暢薪韩，以便使火星的宇航員隨時(shí)能夠得到地球上的技術(shù)技持。讓火星上的語音及視頻信號傳回地球捌锭，傳輸龐大的火星探測任務(wù)中的各種設(shè)備參數(shù)進(jìn)行技術(shù)分析俘陷，以使地球上的工程技術(shù)人員，能及時(shí)更新观谦，導(dǎo)入新的程序指令拉盾。火星到地球的通信至少都有3分鐘以上的通信延遲豁状。因此出現(xiàn)技術(shù)故障或其他故障時(shí)捉偏，還得依靠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，人工智能技術(shù)及宇航員來應(yīng)急處理泻红。
五夭禽、探測用的工程機(jī)械
? ? ? 火星車的設(shè)計(jì)就不會像我們看到的那些火器探測器的形狀，它必須是有配備有供宇航員生存的密閉艙的火星車谊路，如果要用它完成科考任務(wù)讹躯，它的設(shè)計(jì)必須具備一定的火星地形越野能力，并且還得配備機(jī)械臂缠劝。以備火星車發(fā)現(xiàn)意外時(shí)能有一定的自救能力潮梯。它的動(dòng)力也是最好采用大功率的核電池。如果宇航員離基地外出科考時(shí)所乘坐的火星車發(fā)生故障惨恭，那將是一個(gè)滅頂之災(zāi)。因此其他動(dòng)力系統(tǒng)最好配備雙引擎系統(tǒng)沃饶『簦可以在火星車上再備一份氫氧渦輪動(dòng)力系統(tǒng)馆揉。
六舷暮、火星之旅行中的太空醫(yī)學(xué)
? ? ? 在太空旅行之前下面，宇航員必須做最嚴(yán)格的體檢沥割，人體的各個(gè)系統(tǒng)机杜，各器官都要進(jìn)行嚴(yán)格的評估椒拗，因?yàn)樵趲啄甑奶罩弥惺纯粒绻詈絾T出現(xiàn)健康上的問題在漫長的旅行中就無法處理枉阵。初期在火星中要建立醫(yī)療站那是不太可能的兴溜。在太空失重環(huán)境下拙徽，人的供血分布會發(fā)生巨大的改變，血液將分布在頭面部召庞，耗氧量大血供豐富的器官上，以及疏松組織上徘禁，在太空中送朱，宇航員的身體要面臨的第一項(xiàng)考驗(yàn)就是失重驶沼。在地球上回怜，為了適應(yīng)重力的作用鹉戚，人體的肌肉與骨骼能起到支撐身體的作用专控。但在太空的失重環(huán)境下，這種支撐作用就失去了用武之地失都，因此不可避免地會造成肌肉萎縮與骨質(zhì)流失(主要是鈣質(zhì)的流失)粹庞。此外庞溜，人體的血液循環(huán)功能也會受到影響又官，導(dǎo)致宇航員的腦部供血不足六敬，出現(xiàn)頭昏眼花的癥狀外构。失重還會對人體的平衡系統(tǒng)造成影響，無法像在地球上一樣正確地感知方位劫哼，使人的方向辨別能力大大下降权烧。而肌肉上的血液分布將會減少般码。
? ? ? 為了盡可能減少失重環(huán)境對人體的影響板祝，會讓宇航員進(jìn)行簡單的身體訓(xùn)練和藥物治療券时。例如那些長期在國際空間站生活的宇航員橘洞，每天要花費(fèi)2個(gè)小時(shí)進(jìn)行走路或跑步訓(xùn)練炸枣，以保持肌肉的力量适肠『钛科研人員還發(fā)明了一種簡單的練習(xí)器材，幫助宇航員在太空中做鍛煉骨骼的訓(xùn)練傻寂。此外疾掰，人造重力的出現(xiàn)也為這一難題提供了幫助静檬，宇航員可以在人工動(dòng)力離心分離機(jī)上進(jìn)行360度的旋轉(zhuǎn)，從而獲得連續(xù)的“重力”嘲碧。
? ? ? ? 在太空生活面臨的另一個(gè)重要考驗(yàn)就是太空輻射。外層空間的輻射要比在近地軌道嚴(yán)重得多履婉，并且有些宇航員要在太空中連續(xù)生活幾個(gè)月毁腿，因此危害很大已烤。目前最好的解決方法只能是盡量減少宇航員受輻射的時(shí)間胯究。相應(yīng)的唐片，宇航員所穿的宇航服就承擔(dān)了盡可能多地吸收和屏蔽宇宙射線的任務(wù)涨颜。
? ? ? 在火星上由于沒有像地球一樣的地球磁場形成了一個(gè)保護(hù)膜在地球表面,從而對地球上的生物形成保護(hù),保護(hù)人類免遭連續(xù)轟擊地球的宇宙射線和帶電粒子的傷害庭瑰。因此在火星登陸艙與生活艙上要有屏蔽宇宙射線和帶電粒子的裝置弹灭，以避免造成宇航員身體上的損害穷吮。
? ? ? ? 在火星之旅中乍迄，宇航員的心理問題也是一個(gè)值得重視的問題闯两，宇船員長期在密閉空間內(nèi)如何化解長期脫離群體而產(chǎn)生的孤獨(dú)感漾狼，及對深空未知領(lǐng)域的恐懼感呢邦投？在《太空旅客》中就描寫了一個(gè)在冬眠狀態(tài)下志衣，一個(gè)工程師突然蘇醒過來的故事念脯，里面也描述了工程師在孤獨(dú)環(huán)境下的表現(xiàn)绿店。孤身一人長期離開地球搖藍(lán)之下的人類是否會產(chǎn)生嚴(yán)重的心理問題呢假勿？如何讓宇航員在航行中出現(xiàn)突發(fā)事件時(shí)能有穩(wěn)定心理素質(zhì)來正確處理呢转培？
? ? ? ? 艾麗莎·卡森能否在2033出征火星還得拭目以待惨寿，到那時(shí)裂垦，希望我們能坐在電視前看著她出征蕉拢，并且看著她安全返航企量，必竟我們都是在人類命運(yùn)共同體中的一員届巩。
