cn521 发表于 2023-8-30 19:54:43

目前阻碍人类登陆火星的最大难题是什么?

目前阻碍人类登陆火星的最大难题是什么?

猫猫去偷欢 发表于 2023-8-30 19:55:15

现阶段载人登陆火星任务的最大难题,主要是缺乏足够的动机。
由于缺乏足够的动机,所以就会出现钱不够,技术不够等等问题。只要有了足够强烈的动机,钱和技术都能想办法弄出来。当年美国的阿波罗登月计划,也是用 60 年代的技术水平完成了载人登月,基本上相当于坐着洗衣机横渡了大西洋。而现在美国重启载人登月的阿尔忒弥斯计划,一路磕磕绊绊到现在还没完成火箭试飞……之所以会有这样的冒险,是因为当年的美苏冷战背景导致的强烈竞争,NASA 为了搞定载人登月,最高峰时拿到了 4%的联邦预算,几乎可以和美国制造原子弹的曼哈顿计划相媲美了。因为动机足够强烈,相比之下阿波罗 1 号因为失火牺牲了 3 名宇航员都是可以接受的损失。而航天飞机因为两次失事导致 14 名宇航员牺牲,直接导致了航天飞机的退役(当然也有价格昂贵的因素)。
只要目前人类解决了这个动机问题,那么其他的所有难题都只是技术和工程问题了。不计成本的资金投入,可以在最短时间内解决所有必须的技术和工程问题,已有的就整合好,没有的就发明出来。总之只要能把人送上火星,必要时甚至可以承受一定的人员损失,那么以目前技术而言,如果多国团结协作,10 年内就可以把人送上火星(能不能回来另说)。
但这个动机是什么呢?以目前的世界变化趋势来看,找到答案基本无望……
地球上已经一团糟而且可能会更糟,人类为什么还要携手前往另一个星球去探索未知呢?那里有的地球上都有,地球上没有的那里也没有。世界正在分崩离析,载人登陆火星所必须的世界协作可能马上就要荡然无存。为什么要在这样一个糟糕的时代把人送上火星呢?这个举动又能代表什么呢?
这些问题都没有答案。这才是目前阻碍人类登陆火星的最大难题。
令人悲伤的是,2022 年的火星发射窗口即将开启,但全球各国都没有火星发射任务……不知道在下一个火星发射窗口到来时,地球上的人类还能不能想起那个遥远的红色行星在等待着我们。

moi7889 发表于 2023-8-30 19:55:20

一个简单的估算,男性一天正常饮水需要3.7升。

http://picx.zhimg.com/v2-577af722d698f6935466e6dae066d485_r.jpg?source=1940ef5c
去火星往返需要1000天,也就是每个男性总共需要3700升的水,共计质量是3700千克,女性略少需要2700千克。
现在向火星发射的最重的物体是毅力号火星车,发射重量1025千克。

乐趣无穷 发表于 2023-8-30 19:55:40

头号难题是国会和总统,从阿波罗时代甚至更早美俄就有各种载人火星任务方案了。很多技术问题有钱就可以绕过,例如液氧、液氢、液态甲烷在太空长期低温储存问题可以改用常温储存的自燃推进剂(毒发)甚至固体燃料火箭来解决,只不过比冲低。火箭载荷不够在太空组装堆砌,可以建空间站作为物流中心、汇合点,利用空间站的长桁架挂着固定发射上天的飞船组件而不是放任乱飘、用长机械臂协助组装而不是自主对接组装。然后就像坎星玩家那样喜闻乐见堆罐子了,25吨LEO载荷的火箭就能慢慢发。
途中的补给问题消耗最大的是水,不过水循环处理技术已经很成熟了,氧气的话国际空间站也成功种菜种小麦过还有藻类生物反应器(可以养小球藻之类的)等,能减缓氧和食物消耗。其他补给多带就是了,包括容易出故障的耗材(从高级过滤网、半透膜到机器零备件等)、各种药物等,活性炭的重新活化复原也不难用蒸汽处理就行。
为了防设备故障可以多备份,还有两艘以上飞船一起出发可以互相照应、团队里加专业技师、飞船上装迷你机床、3D打印机、迷你熔炉(空间站上成功搞过冶金实验)等制造零备件。
微重力导致的健康和生活不便问题也好办,两艘飞船进入霍曼转移轨道后互相靠近用绳索连接然后像流星锤一样旋转就行,你想要多大都行反正绳索可以加长到好几百米来大旋转半径避免转速高而晕眩,抵达火星准备减速时停止旋转再分开。
辐射防护问题有钱就好堆防护了,可以拿备用补给和送到火星地表的货物兼顾额外屏蔽,NASA也在研究给宇航员穿防辐射马甲,就像医院放射科穿的铅防护服一样、飞船设立太阳风暴避难所等等。着陆问题的话有钱就能尽可能的用火箭发动机暴力减速 ,毒发、固体火箭都行,起飞也是。尽情浪。
火星地表居住的防护问题也好办,不用找熔岩管钻地洞。带上遥控电动挖掘机、推土机等工程机械给组合对接后的居住舱上堆土或者垒沙袋就行堆个两米厚,就像建造野战工事掩体一样。外部施工还可以带轮式机器人,上半身类似人类,通过VR和动作捕捉服来遥控。这些机械可以自带RTG(核电池,反正有钱)就不需要充电、夜晚照样能工作。
电力问题光伏发电+大容量电池组+迷你核反应堆,蒙尘问题可以给光伏板装上类似汽车雨刷的除尘刷就行。食物问题前面也提过了,水栽种菜种小麦、生物反应器养小球藻。废物处理问题也有很多成熟解决方案,从生物处理堆肥到超临界二氧化碳、湿法氧化等。其他沙尘危害可以开发火星优化型真空吸尘器,绝对有商家愿意倒贴钱研制竞标、免费送,毕竟那是很好的广告,在出舱活动回来后用高科技吸尘器把宇航员和舱门密封圈等都吸干净还能清理其他设备。
至于火星地表的低重力,每人每天强制一定锻炼量就行 ,同时多带相关营养补充剂、药物。还有配备专门医生搞个小医院服务火星科考基地确保人命安全。火星救援那种窘境是不可能存在的。火星气压低风没那么猛,加上基地完善多插几个舱、多几辆火星车、多几个专业人员(特别是会修设备和人体的)、多几部远程通信设备、多运物资储备等等,所以别怕放心的科考吧,火星的科考价值绝对比南极高无数倍。
火星的低温,因为火星大气稀薄气压为地球的0.7%左右,热对流传热低得多。所以实际上火星的保温隔热需求比南极低得多,甚至不会比西伯利亚高。
不过问题来了,离家远、任务时间长情绪可能不稳定例如担心被绿啥的,那让配偶一起去吧,经过训练包括职业培训后一起去火星基地,可以负责种菜、下厨、内务啥的科考站日常运作,让队员可以专心科考和搞基地建设。随着基地的壮大人员的增长、不停的运来更多新设备,慢慢的从科考站变成小城镇,设立政府、警察局、开矿、建厂等开始开发定居火星了,毕竟人多了杂了管理和服务、产业也要跟上。最终成为人类开发火星的桥头堡,以此为依托扩张,像藤一样蔓延。
为了更好的筹集资金提供使用率,火星科考站可以国际合作+商业化像国际空间站一样。有实力的国家可有自己的居住舱、实验室等模块,共享科考站、火星镇的服务。还有可以引入商业化给企业在火星做实验、打广告,负担不起居住舱实验室的国家和企业可以租借买实验服务。

http://picx.zhimg.com/v2-54d3f08d69472f5e0cb538d74c844ade_r.jpg?source=1940ef5c

南极麦克默多科考站居民超过1000人

只要钱给够(阿波罗那种重视程度),10年内在火星建个科考站没太大问题。问题是钱不够,于是得降低去的成本,就像90年代的大哥大手机几万一部是土豪的身份象征,大众消费不起,技术成熟了手机又强又便宜大众才用得起才能普及。能用钱解决的只能叫问题不能叫难题,像是决赛里如何让英国队战胜中国队才是真正的难题,用钱解决不了。
<hr/>关于某匿名者质疑
1.首先飞船自己种植作物只是补充减缓消耗和带来部分新鲜食品,不是全部用。而且地面带干品食物也不算特别巨大负担,NASA的标准是每人0.62千克食物固形物。以6人1000天算3.6吨,翻倍也就7.2吨。我不觉得食物会是负担。每人每天氧气消耗0.84千克,6人1000天就是5.04吨,翻倍也就10吨左右。也不算啥,大头是水,不过水的循环处理利用率已经很高了。
2.飞船上带小型3D打印机等是NASA研究的,国际空间站上也成功实验,注意小型3D打印机比微波炉大不了多少,3D打印机机床和熔炉连同储备材料完全可以放在1-2给空间站标准机柜里,你以为是工厂那种机器吗?
3.资源原位利用是各国一直在研究的,勘探现在也在做测绘了各种矿物的浓度分布。科考队自己显然也会有此类任务。利用本地资源能大大降低成本,例如电解二氧化碳制造氧、一氧化碳燃料(今年NASA刚发射毅力号火星车上就装着测试样机)、空气分馏获得氮和氩、挖掘水冰获得水、氢氧以及和二氧化碳制取甲烷。金属和硅、水泥、玻璃的开发利用制造就不用担心了(火星一般岩石土壤都含15-21%的氧化铁,更不用说铁矿了)。至于石油,关键在乙烯一旦获得乙烯后其他复杂有机化合物就好办了,有开发用甲烷转乙烯的技术。还有制造乙醇转乙烯的技术也很成熟了,乙醇可以通过生物手段生产例如甘蔗制造。种植温室等可以少量地球材料、设备例如气密层、气密门、生命支持、照明设备配以火星本地材料例如铝、钢、混凝土、玻璃等建造。
4.本地制造、本地提供服务能大大降低地球补给支持成本,让科考基地以火星本土供养为主。城镇不但负责生产基本物资和提供支持服务例如医疗、娱乐、维护、应急救援等。大头的氧、水、食物、建材都自足,只需要地球运少量当地无法生产的物资就行。
5.能源问题,光伏板比你想象的轻巧。核反应堆也是,民用方面有卡车就能拉走的紧凑型核电模块,发电功率6万千瓦,根据火星情况改进(例如散热器)减重一下就完全可以用。
6.不要以为看了火星救援和几篇航天运输价格、工业党的文章就以为懂航天懂火星,好大喜功贪大求全,不知道积少成多像是草根创业一样。

好比内陆水族馆养海水鱼不需要用自然方式模拟海洋环境,而是人工设备辅助例如加热、过滤、输氧、照明、盐度控制、喂食等等。

在很多人眼里可控核聚变比封闭循环生命支持系统容易多了,因为科幻里到处是开着核聚变飞船寻找、殖民类地宜居行星,而不是去适应开发非宜居天体例如火星、月球、小行星等。这于是就给公众一种思维误区,媒体炒作生物圈II号失败同样也是重要原因,只知道模拟自然不懂得人工干预辅助控制。

jylrb 发表于 2023-8-30 19:56:06

最大的难题是:火星没有价值。
火星上有的,地球上都有;火星上没有的,地球上也有,在商业上,火星对于地球没有任何价值。
假如今天发现火星存在一种物质,可以帮助人类长生不老/永葆健康/常温超导/低温核聚变/……
那么明天所有的国家和组织都会积极投身于火星大开发,可能后天火星上就会建立无数的殖民地,无论火星上面生存的环境是多么糟糕,通往火星的道路是多么艰难,一样挡不住无数的人向火星蜂拥而去。

xinlaide 发表于 2023-8-30 19:56:25

目前阻碍载人登陆火星的最大难题是没有钱,太空和火星表面的恶劣环境条件排名第二。
人类身体的脆弱性对这两件事都有很大的贡献:发射无人载具上去确实很贵,但比起送个人和维持人生命的设备与物资来就简直是不要钱。
前往火星的单程旅行中人体受到的辐射量逼近安全限度。给航天器额外的辐射屏蔽?那得加钱,加很多。目前将1千克物资送到火星轨道需要约4.5万美元,降落的难度还会随载荷规模增加而提升,进而要求更多的研发资金。
如果你要将宇航员送上火星再在短时间内返回地球,需要发射数倍的质量来提供返程的燃料。如果你要宇航员在火星上生活一段时间、自行产出甲烷之类给航天器装填返回地球用的燃料,或者让宇航员建设火星基地,那就要长时间面对火星环境和人类脆弱的身体。
火星地表的重力大约是地球的37.5%,长期生活在这样的低重力环境会造成不可抵御的伤害,还可能破坏人的生殖能力。火星地表强烈的辐射对人是致命的。生活在火星地下或建设具有辐射屏蔽作用的厚重基地可以减缓辐射的损害,但随着在火星上生活的时间延长,癌症发病率将出现几何级数上升。火星古代火山活动留下的熔岩管由于低重力而有地球上熔岩管的十倍宽,有科学家打算让宇航员住到那里面去,但那是需要你手动通风的复杂盲管,里面全是火山岩,住进去就像穿越回了200万年前。
人类是否可以在火星上完成繁衍目前是一个开放性问题。火星的强辐射对人类胚胎没有任何好处。虽然精子可以运动,但由于低重力,发育中的胚胎在子宫里的位置将偏高,可能对孕妇的横膈膜产生压迫、引发呼吸困难。低重力环境也可导致妊娠阶段异常,出现大量早产。不过,如果你有资金多送物资过去,我们可以用自转环状构造模拟地球重力。
在可预见的未来,所谓火星基地里的人们不得不一直生活在采用人工光源的地下设施或厚重掩体里,整月不见天日,最大限度控制外出时间。长期生活在封闭环境将导致其它健康问题:精神沮丧,视力减退,高血压,缺乏外界刺激引起的反应迟钝和注意力涣散。当然,我们也可以把宇航员活动空间造得巨大并配备多样化的娱乐设施,那么施工计划的设计安排、工程机械、给它们供能的核电池与大量太阳能板、清理灰土用的工具等等以及它们的运费,请。
此外,火星基地和空间站一样缺乏微生物多样性,对维持人体微生物菌落平衡也有害。从地球上大量搬运土壤?每千克的运费,请。
马斯克多次声称SpaceX Starship的运营成本最终会降到只有燃料费和维护费,就像客机一样,以便进行成规模的火星移民。在这种情况下,将1千克物资送到火星轨道需要约100美元。这中间横着巨大的技术鸿沟,SpaceX在一点点填。但是,如果你有450倍于SpaceX的预算注入,用现在的火箭就可以办到他许诺的那些事情……这就是钱的问题了。
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