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人类尚未解决的10个“长期太空探索”问题

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sg001 发表于 2019-9-11 18:20:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
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  本文参加百家号科学#了不起的天文航天#系列征文

  每个人都对载人火星任务的可能性感到兴奋。甚至有人猜测,人类将在本世纪30年代登陆火星。这可能是真的。但实际上,这比看上去要难。考虑到当前的技术和政治趋势,特别是在美国,载人火星任务可能仍然是一个白日梦。还有几个我们无法控制的问题。这通常涉及到我们的身体和火星上的条件。火星似乎要杀死第一个踏上火星的人,包括可能会给太空旅行带来革命性变革的埃隆·马斯克在内的一些人也持有同样的观点。尽管如此,我们仍将祈祷好运。
  No.10:资金
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  美国宇航局负担不起载人火星任务。2017年7月,美国国家航空航天局(NASA)载人航天主管威廉格斯滕迈尔透露,该机构没有从美国政府获得足够的资金,无法让NASA计划在本世纪30年代实现首次火星登陆。在估算载人火星任务的成本时,NASA、私人太空机构和非营利组织给出的数字大相径庭。从非盈利机构火星研究所提出的25年1万亿美元到NASA提出的30-40年1000亿美元不等。然而,NASA无法承担他们的预算。NASA在2017财年获得195亿美元的资金。这个数目似乎很多,直到我们意识到该机构将这笔钱用于几个太空任务、项目和研究。考虑到目前的趋势,NASA的资金短缺问题难以解决。而在过去的几年里,它的预算只以每年2%的速度增长。
  No.9:寂寞,孤独
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  人类是社会性动物,经常需要互动。研究人员担心这可能会成为火星探险中的一个问题。几年前,研究人员让一群人在亚利桑那沙漠的一个与世隔绝的栖息地生活了相当长的一段时间。一些参与者很快就患上了抑郁症和情绪波动。一些人也变得充满敌意,大部分之间很少的互动仅限于简短的关于运行该设施的对话。尽管该团队后来得到了心理学家的帮助,但火星上的宇航员将不会有同样的特权。这次测试的结果使一些研究人员对未来仅用一艘宇宙飞船将两名宇航员送往火星的计划提出了质疑。宇航员可能会感到无聊、沮丧,甚至开始讨厌对方,这可能会导致他们的精神崩溃。然而,一些研究人员认为,如果这两名宇航员的性格相容,这种情况就不太可能发生
  No.8:沙尘暴
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  2004年1月,美国宇航局的“机遇号”探测器登陆火星,执行为期90天的任务(火星日),寻找火星上有水存在的证据。机遇号几乎立即完成了任务,并在15年内完成了大部分的任务。2018年6月,它在一场沙尘暴中与美国宇航局失去联系。机遇号经常在夜间休眠,因为它使用太阳能。然而,在风暴的灰尘覆盖了太阳能电池板后,它可能改用备用电池。机遇号耗尽了它的电池,直到它死亡。美国宇航局担心,宇航员在火星上使用的太阳能站可能会再次发生类似事件。火星经历了两种类型的沙尘暴。第一个也是最常见的是定期风暴,它可以覆盖大片陆地,其宽度相当于地球上的整个大陆,只持续几周。另一种类型是更罕见但更强大的“全球沙尘暴”,它覆盖了整个火星。全球沙尘暴每5.5个地球年(火星3年)发生一次,可能持续数月。除了覆盖太阳能电池板,他们还可以阻止阳光到达火星,这将使空间站和宇航员处于危险之中。幸运的是,火星沙尘暴不大可能对空间站造成严重的物理破坏。尽管它的名字叫风,但它更像是微风而不是风暴。
  No.7:食物
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  麻省理工学院(MIT)的博士生进行的一项研究表明,火星上的人类殖民地可能会死于饥饿。该小组的研究是基于火星一号计划的载人任务。该组织希望到2025年在火星上建立一个25-40人的人类殖民地。食物将由殖民者栖息地内种植的农作物提供。麻省理工学院的一项模拟该栖息地的研究显示,宇航员需要在获得足够的食物和氧气之间做出选择。栖息地的食物和氧气水平是相互关联的,因为植物会产生氧气。在火星上,氧气将被用来维持宇航员的生命。如果这些植物能生产足够的食物来养活栖息地里的每一个人,它们就会产生过量的氧气。这显然对宇航员的生命是有害的,因为呼吸过多的氧气会严重影响健康。然而,如果这些植物生产的食物较少,氧气水平就会平衡,而这些食物不足以养活所有人。研究人员说,这个问题可以通过开发一种“除氧系统”来解决,但这种系统目前还不存在。
  No.6:宇宙飞船
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  人类登陆火星的竞赛目前由美国宇航局、SpaceX公司和蓝色起源公司牵头。事实上,这三个组织已经有了可以把我们带到火星的航天器。然而,他们的火箭使用危险的燃料,从人类安全的角度来看,到达火星需要太长时间。NASA正试图通过开发使用液氢和其他一些化学物质作为燃料的太空发射系统来解决这个问题。太空探索技术公司正在考虑改变它们的航天器,使用液态甲烷作为燃料,而蓝色起源则选择液氢作为燃料。然而,一些人仍然怀疑这些新的宇宙飞船和燃料能否把我们送到火星一位是前美国宇航局宇航员克里斯哈德菲尔德,他把火星之旅比作乘独木舟穿越海洋。哈德菲尔德认为,太空的危险和宇宙飞船的不可预测性将使大多数宇航员在登陆火星之前很久就死亡。奇怪的是,SpaceX的首席执行官伊隆·马斯克也持有同样的观点,他曾提到,第一次载人火星任务可能会导致死亡。
  No.5:外科手术
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  随着长期载人登月甚至火星任务成为现实,科学家们开始着手解决太空手术带来的问题。太空独特的环境意味着患病的宇航员比在地球上更有可能死于轻伤和感染。被送往国际空间站的宇航员通常要接受某些医疗程序的训练,比如注射、缝合伤口,甚至拔牙。然而,如果他们有更严重的医疗问题,他们将需要乘坐一艘永久停靠在国际空间站的航天器迅速返回地球。这是因为国际空间站上的医务室不比急救箱好多少。即使病室达到了和医院一样的标准,并且有一个固定的医生,重力的缺乏将是一个真正的挑战。在其他问题中,伤口或手术切口流出的血液会漂浮起来,阻碍医生的视线。更糟的是,它可能会污染整个机舱。此外,麻醉效果不如在地球上好,这意味着宇航员会有很多痛苦。在月球和火星的长期太空探索中,这些问题可能会变得更糟。一个建议是使用由地球上的人类医生实时控制的机器人外科医生。虽然这在月球上是可行的,但在火星上是不可能的,因为信息到达地球需要20分钟,反之亦然
  No.4:火星有毒尘埃
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  火星上布满了有毒的尘埃,这可能会阻碍载人前往火星的任务。火星尘埃以圆形、细小、带电的硅酸盐微粒的形式存在,这些微粒会附着在宇航员的宇航服上。这些灰尘很难清除,人们担心它可能会进入宇航员的基地,堵塞包括净水器和空气过滤器在内的重要仪器和系统。这可能是致命的,因为细小的硅酸盐颗粒会渗入肺部,与水发生反应,形成有害的化学物质。当我们意识到灰尘中含有石膏和高氯酸盐时,这种影响就会变得更糟。石膏本身并不危险,但长期接触会导致眼睛、皮肤和肺部问题。高氯酸盐会导致甲状腺问题
  No.3:空间元素暴露
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  太空中充满了危险的宇宙射线和可能导致强烈辐射的太阳风暴。科学家预测,前往火星的宇航员将比他们在地球上一生中所受到的辐射量多20%。这种强烈的辐射可能导致心脏、肺和眼睛的问题,以及神经紊乱,甚至癌症。这可能是个大问题,因为单程火星之旅可能要持续6个月。太阳风暴也是不可预测的,这使得情况更加糟糕。一种解决方案是开发一种能让宇航员更快到达火星的航天器。然而,即使宇航员到达火星,他们也有受到辐射的危险。尽管地球的大气层保护我们免受危险的辐射,火星的大气层却不能提供同样的保护。科学家们建议用厚厚的反太阳风暴材料覆盖在人类栖息地上来解决这个问题,就像国际空间站部分区域的防护罩一样。另一些人则认为,如果人类居住在火星上众多熔岩管洞穴中的任何一个,就可以免受辐射。
  No.2:我们的身体无法应对
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  宇航员将在地球上体验第一个引力场(旅行前后)。这是我们习惯了的常规做法。第二个是宇航员在地球和火星之间旅行时所经历的零重力。第三个是火星的重力场,是地球引力的三分之一。在重力场之间移动会导致我们的平衡感和运动感的扭曲。它还影响我们的眼睛、头和手之间的协调。地球外较低的重力水平将导致宇航员失去宝贵的骨密度。这使得它们回到地球时,骨头很容易断裂。地球外部较低的重力水平也会导致体液逸入头部。这可能会导致大量的问题,包括肾结石、脱水、钙流失和眼睛问题。
  No.1:回程
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  使用目前的技术,火星探险将是一次单程旅行,因为前往火星的宇航员将无法返回地球。虽然美国宇航局已经在开发火星上升飞行器(MAV),使返程成为可能,但这项技术本身也存在问题。MAV将重达18吨,并将携带额外的33吨燃料从火星起飞。这个巨大的重量意味着由于火星稀薄的大气层,它将无法安全降落在火星上,这可能会使MAV在大气层中燃烧或直接撞向地面。相比之下,我们在火星上着陆的最重的东西是好奇号探测车,它只有一吨重。NASA打算通过减轻MAV的重量和开发一种充气隔热罩来解决这个问题,这种隔热罩可以在飞船降落火星时减缓飞船的速度。MAV将有一个极简主义的内部,甚至可能没有座位。然而,宇航员不会一直站在返回地球的路上。相反,它们将被运送到地球返回器(ERV),它将绕火星轨道运行并将他们送回地球。
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