The Real Reason No One Has Gone to Mars

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学习与成果

概览

以火星任务模拟为主线,逐项检验现有技术能否支撑生存与返航,结论是最难的是从火星回来。

关键点

  1. 1火星与地球每26个月才对齐一次,错过就要再等两年
  2. 2返航需约800吨燃料,只能在火星就地制造
  3. 3辐射、骨密度、水冰、制氧等生存问题已有实测方案
  4. 4轨道加注、百吨级着陆、火星制燃料、返航四项从未实现
  5. 5火星之路要先走月球,下一次窗口在2028年12月

时间轴5 章 · 27 节

第 1 章

任务设定与距离

以火星任务模拟开场,设定四名船员与现有技术约束,说明全片要检验的是能否活着回来。

1.1

开场:被困火星的处境

火箭燃料几乎耗尽,返航燃料从未带上,还要待500天以上。核心问题不是怎么去火星,而是怎么回来。

1.2

人类最远只到月球附近

只用已建成或已测试技术,不用魔法和未来科技。人类最远旅程不到去火星路程的百分之一,NASA也没有载人火星的官方日期。

1.3

四名船员与永不调时的手表

设定2033年,飞船上有四人:指挥官米拉、医生卡比尔、工程师莉娜,以及第四座的你。发射前一晚你决定整个任务都不调手表,只显示家里的时间。

1.4

重型飞船需在轨加注燃料

飞往火星的窗口每26个月只出现一次、仅持续几周。重型飞船入轨就耗尽燃料,需在轨加注,要10到20艘加油飞船,从未在这个规模上做过。

1.5

着陆火星的七分钟

进入着陆阶段,米拉在最后十秒猛烈下坠。卡比尔真正担心的是骨骼:零重力下腰和腿的骨密度每月下降1%到1.5%。

第 2 章

七个月的旅途

七个月旅途中的身体与心理代价:骨密度流失、每日锻炼、水循环,以及地球缩成一点带来的孤独与未知。

2.1

骨密度流失与每日锻炼

长期失重会让骨密度下降,宇航员每天要做约两小时抗阻锻炼,阻力可达270公斤。空间站已能回收98%的水。

2.2

地球缩成一个点的心理冲击

封闭实验中一人逐渐变成25小时作息,六人共处仍感孤独。约第180天从窗口看地球只是一个点,对大脑的影响尚不清楚。

第 3 章

进入与着陆

从进入火星大气到落地后的适应:大气太薄、通信延迟、低重力站立、火星日与蓝色日落,以及返程窗口要等500天。

3.1

火星大气太薄无法减速

飞船以近每小时2.7万公里撞入大气,只有七分钟着陆。火星大气比地球薄约100倍,薄到降落伞无法有效减速。

3.2

着陆延迟与苏瓦蒂·莫汉

飞船需转身用发动机迎向超音速气流减速,而全程地球不知道船员死活。2021年毅力号着陆时信号单程需11分22秒。

3.3

落地后站立与低重力

第210天在火星是sol one。NASA曾让18名宇航员在太空待约六个月后测试,要求着陆约两小时后从椅子起身、从地面站起并走一条梯线,18人中4人因太忙未完成,而地球上有医生团队待命,火星上没有。

3.4

波利亚科夫证明可自行站立

1995年俄罗斯医生瓦列里·波利亚科夫在太空437天后返回,拒绝别人扶,自己从胶囊走到椅子,证明着陆火星后可以自行站立。火星重力是地球的38%,70公斤的人在这里只有27公斤。

3.5

火星日与蓝色日落

火星一天为24小时39分钟,手表仍显示地球时间,所以火星正午对应手表晚上9点,一个月后偏差近20小时,家每天远39分钟。火星日落是蓝色而非红色,蓝色日落后能看到地球那个点。

3.6

返程窗口要等500天

返程窗口约26个月一次,抵达后下一班要等约500天,期间问题只能由四名船员自己解决。26个月前已有货运飞船着陆,带来住所、食物和燃料工厂。

第 4 章

五大生存威胁

逐项检验火星生存的五大威胁:制氧、取水、辐射、尘埃与食物,结论是多数已有技术方案,但都依赖电力与水源。

4.1

制氧:电解水与MOXIE

呼吸问题已基本解决:空间站自2007年起用电解水制氧,日产氧量够六人使用;火星上的MOXIE装置已用火星大气成功制出氧气。前提是同时拥有电力和水,而水在火星上以地下冰的形式存在。

4.2

南极钻井式融冰方案

火星地下冰层很浅,NASA科学家称一把铲子就够,但四人加火箭的用量不够。于是借鉴南极科考站做法,钻细孔下放加热器融冰,10千瓦加热每天约可取380升水,远超四人所需。

4.3

威胁三:辐射与覆土厚度

火星没有磁场和厚大气,住所必须覆土防护,但只铺30厘米土反而更糟,覆土需超过一米。科学家用火星模拟土加细菌等不用窑炉就制成砖,思路是用火星尘土建房。

4.4

火星尘埃与高氯酸盐

火星尘埃颗粒细,还含会损伤甲状腺的高氯酸盐,因此宇航服挂在门外,人从后门进入。高氯酸盐可溶于水,种土豆前要先洗土,否则会让人生病。

4.5

太空种植的真实产量

太空种植的真实产量远不足以养活船员:268公斤蔬菜的热量只够一人吃18天,NASA估算每人需要40到50平方米农场。

4.6

威胁五:沙尘暴与核电源

返航燃料需在火星就地制造,化学已证明而工厂未建成;真正威胁是沙尘暴遮天蔽日的黑暗,太阳能板停摆。

4.7

吹沙清灰与血栓危机

沙尘暴后靠风吹落面板沙尘,到Sol 224系统重新运行。Sol 300卡比尔发现米拉颈部有血栓,类似情况在空间站真实发生过。

4.8

医生自病与罗戈佐夫先例

火星没有货运飞船,卡比尔只有随行药物。医生自病有先例:1961年南极罗戈佐夫在局部麻醉下自己手术。米拉的血栓靠药物控制住了。

第 5 章

通信中断与返航

收束全片:通信黑障与隔离实验之后,逐项点明四项从未验证的返航关键技术,结论是难的不是去火星而是从火星回来,而真正的第一站是月球。

5.1

两周通信黑障与隔离实验

地球与火星运行到太阳两侧时信号被挡,与地球失联两周,每26个月发生一次。NASA让四名受试者在火星栖息舱做同类隔离实验。

5.2

四项从未验证的关键技术

片中列出四件人类从未在火星做成的事:在轨加注燃料、一吨以上载荷着陆、在火星制造燃料、从火星带回东西。结论是抵达和离开还差得远。

5.3

返航点火与留下的基地

返航燃料由火星的空气和冰制成。飞船离开时留下燃料工厂、冰湖、覆土房屋和菜园,一次任务变成定居点的雏形。

5.4

建城所需的万次着陆

建城需约一百万吨物资,也就是约一万次着陆。在38%的重力下出生的孩子能否正常长大,我们完全不知道。

5.5

四项技术缺一不可

能回来是因为四件事同时成立:在轨加注燃料、100吨级着陆、能运转400天的燃料工厂,以及四个人彼此忍受。前三件今天都不存在。

5.6

真正的第一站是月球

三件尚不存在的事首次测试不会在火星,而会在月球:在轨加注燃料、从冰中取水、连续居住数月都先在月球尝试。去火星的路要经过月球。

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