宇航员为什么无法从火星返回地球?

wu.fan-pin.com     2024-05-17

  如果单纯的想去火星,不用考虑回来的事,确实可以办到!但想用目前的技术把人类从火星带回地球确实有点不现实,甚至可以说不可能实现。虽然近年来,火箭推进、制造和硬件的重复使用得到了巨大的发展。但是,科学家和各种航天机构仍然受到60年代nasa面临的同样的问题,重力和能源的束缚。从火星返回地球比去月球或去火星的单程任务对人类来说更具挑战性和危险性。


  首先火星比月球的重力更强

  火星上的重力是月球上的两倍多(大约是地球的三分之一)。目前,如果要载人去火星,运载火箭和逃离火星引力所需的燃料成本高得令人望而却步。从月球表面升起的每千克质量需要从地球发射632千克的硬件、燃料箱和燃料。从火星表面发射1公斤重量要比月球贵10倍以上。有人提议用火星上的自然资源建造火箭发射基地或生产燃料。但是采矿设备非常重,得首先运送到火星。即使不采矿,所有的矿产资源都被事先整齐地堆放在火星上,直接拿来用,但将这些资源转换成合金材料和可用的火箭燃料所需的制造设备比直接从地球上携带硬件和燃料还要重。虽然在火星上生产燃料,理论上可行,但这些方法超出了当前的技术。


  火星的距离更远

  阿波罗号宇航员花了3天时间,从地球到月球跨越了38万公里。地球和火星之间最短的距离大约每2年出现一次,大约是7800万公里,是月球旅行距离的203倍。但在轨道转移的过程中,火星也在运动,因此对霍曼转移轨道原理的应用表明,如果没有极高的能量(比如极高的速度),从地球到火星的最短路径实际上是5.93亿公里,即比月球旅行长了1543倍。


  火箭的极限速度

  我们可以通过长时间持续加速达到巨大的速度。但是在所有加速过程中,必须带一台重型发动机和足够的燃料以及能容纳燃料的油箱。还有,这么重的设备燃料为了安全着陆在火星上,将需要几乎等量的燃料来减速。解决这个问题需要的一种方法是,在只运输有效载荷的同时,让大量的燃料(也许还有发动机)留在地球上。以光的形式向移动的有效载荷传输能量是实现这一目标的一种方式。但是像核引擎、离子驱动和磁力推进一样,这些都还没有实现。此外,即使是100%效率的发动机也需要大量的能量才能穿越这段距离。


  船员的补给

  根据上面的第2和第3条,使用任何技术去火星旅行的最短时间是6-8个月。在这段时间里,维持一个船员的生活所需的补给,使本已严重的重量问题雪上加霜。还要考虑在火星上维持宇航员所需的大量补给和避难所。从火星返货所需的补给更加麻烦,因为你需要带更多的燃料和油箱来加速火箭离开火星轨道返回地球。如果想在火星上自给自足,在火星上生产食物,这需要时间来建造,也需要更多的设备来设置和维护,这反过来会增加地球发射的有效载荷质量。诱导宇航员进入深度睡眠状态可以减少所需的总供应,但这种技术目前有风险,也未经测试,不是我们当前技术的一部分。


  火星载人计划

  美国宇航局2009年的报告“严峻的人类火星任务”确定,一个4人返回火星的任务将需要在低地球轨道上组装多个硬件和燃料的有效载荷,这些有效载荷由拟议中的战神五号火箭(比土星五号更大)运载。战神五号总共需要发射13次,仅是为了将所有硬件、设备、燃料和乘员先送入近地轨道。这将是整个阿波罗计划中土星五号发射的总数。另外四次较小的火箭将把硬件、燃料、补给和机组人员的独立有效载荷从地球轨道推向火星。其中一些有效载荷最终会下降并降落在火星表面,而另一些则在火星轨道上等待。在完成表面工作后,最小最昂贵的发射将把机组人员和土壤样本带进火星轨道,与等待在火星轨道的燃料和补给有效载荷会合,然后飞出火星轨道返回地球。

  如果没有冷战的压力,公共或私营部门就没有足够的资金或兴趣来资助这么大的工程。但未来肯定会有载人火星任务,可能很快就会有。但从目前来看载人火星任务只是一个单程旅行,要么就需要发展出今天还不存在的技术。



其实按照现有的技术来说,我们前往火星虽然花费巨大,但是在技术上是没有难度的。可是现在的困难不是去火星,而是返回地球。载人登陆火星后,就再也不能回来了,你还愿意去火星吗?


随着科学的发展,我们在航天领域的成就很多,更大推力的火箭,更精密可靠的控制系统,这些我们必须承认。但是即使到了今天,我们依旧不能逃避一个老问题:重力与能源的束缚,我们想获得更大的推力,就要用更多的燃料,想要更多的燃料就会让飞船越重。


在这种情况下,单程飞行往往很简单,返程飞行却无比艰难。虽然上世纪我们就实现了往返月球的壮举,但是到今天,我们依旧没办法往返火星,这其中面临很多困难,主要就是这几个方面。

1.火星的重力更大

月球的重力只有地球的1/6左右,而火星的重力是月球的两倍。这意味着在月球上是10牛顿的物体放在火星表面就是20牛顿了。同样的质量,返回时,火星上需要的推力却要增加数倍。


2.火星上有稀薄的空气

月球表面是接近真空的状态,飞船起降不用考虑空气阻力的存在,而火星表面稀薄的空气却会让加速变得困难,速度越大,空气阻力越大。

根据相关的数据,科学家们对月球返回成本和火星返回成本进行了对比分析。


从月球发射1kg物质到达地球,需要在地球上提前携带632kg的物质作为准备。而多携带632kg就意味着起飞时又要带更多的燃料。这个成本实在是让人绝望,全世界最富有的美国都不敢多玩。而这个在火星上进行这个操作,成本会立刻增加10倍。没有任何国家能这么玩。


有人想了一个“聪明”的办法,在火星建立燃料库,利用火星资源建造发射基地。但是要知道这有一个前提,前期的工业设备需要在地球上生产后带到火星上。但是这更加科幻了,将火星上的资源转化为航天用途所付出的成本无异于重建人类工业史,这完全是现阶段的人类不敢想的事。这个想法虽然很好,但是这远远超出了人类的能力。


3.火星距离地球更加遥远

我们知道地球和月球之间的距离约为38万公里,而火星在近地点时与地球的距离都超过5500万公里,远地点更是超过4亿公里,这还是直线距离。


实际路程更是遥远,以阿波罗计划为例,去一次月球大概是3天。而根据霍曼转移轨道原理,如果没有极高的速度,从地球到火星的最短路径实际上是5.93亿公里,即比月球旅行长了1543倍。所以每次去火星时在路上都要花上大半年,比如好奇号登陆火星就用了接近9个月(2011-11-26~2012-8-6)。

4.火箭的功率有限

发射的时候,我们需要大量的燃料才能进行加速,直到超过第一宇宙速度才可以脱离地球的引力约束,这个过程中我们需要携带一台巨大的发动机和足够多的燃料。但是在到达火星后,我们进入火星地表需要减速。由于大气稀薄,常规的减速手段几乎没啥用,我们只能通过发动机反向喷射才能够减速,而这几乎需要与起飞加速过程等量的燃料。


科学家在研究一种新的推进方式,比如可以让飞船拥有核引擎或者使用电磁推动,更科幻的是直接建造轨道工厂,在太空中建造飞船,但是我们现在还远远做不到。

5.途中的物质消耗

按照现有的速度去火星,我们需要大概8-9个月,可以参考好奇号。载人登陆和好奇号不一样,好奇号不需要吃喝拉撒,而人类需要。如今我们还没有冷藏技术,能够让人类进入休眠状态,这意味着路上的8个月中,人要一直醒着,一直消耗物质。再加上维持人体生命的各种保障系统,这会让飞船的荷载变得更大。


火星载人计划

其实人类不是没有尝试过载人登陆火星,但是现实却像一个巴掌让人类知道自己真的还不行。

2009年NASA一份名叫“严峻的人类火星任务”的报告数据显示了载人登陆火星的难度。报告指出,想要将4名宇航员送上火星后再返回首先就需要在低地球轨道上组装多个硬件和燃料的有效载荷,而要发射这些荷载到轨道需要战胜五号发射13次(战神五号比土星五号推力更强,土星五号曾用于载人登月,而整个载人登月阿波罗计划过程中,土星五号的发射次数才不过13次)。


不仅如此,一些精密的设备,燃料,补给和4名宇航员进入地球轨道还需要4次普通发射。

做好了这些准备工作,才能够出发,但这远远没有结束,到达火星后,部分仪器(包括一艘能够带一名宇航员返回火星轨道的精巧返回舱)会降落到火星地表,一位宇航员火星登陆,另外三位宇航员作为后勤人员在火星轨道上等待。最后,完成任务的宇航员丢掉所有不用的仪器,利用返回舱返回火星轨道上的大本营。


这些成本以现在世界的生产力,在和平时期几乎是没有任何国家能够一口气拿出来的,否则整个国家都要倒退。

现在的火星探测只能是无人单程,但是随着科技的进步,未来火星登陆一定会实现,现在真的太难了。



这是因为月球的引力只有地球的六分之一,相对地球提及较小,航空飞船可以摆脱这样的引力。

在来看看地球的质量是要比火星大,必须要说的是火星的引力是很大的呢,相对于地球的三分之一,而且如果要想从火星的表面成功进入到太空当中,也需要很大的推力,这个推力就必须要借助火箭的助推才可以进入太空中。还有一点原因,其实是因为活星与地球的距离还是很远,所以就算是回来的时间也是要长一些。

真是因为火星和地球的距离还是很远的,那么飞船从地球费到火星的时间呀要长一些的,但是在这段时间要维持船员所需的物质也是一个严重的问题,回程所需的物资就更难了。因此,这也是为什么现在人类对火星的探索已经很多年了,仍然没有去载人登火星的原因。想要实现载人登火星单程票是比较容易的。

飞船飞到火星是可以了但是会来也是一个很重要的问题,能量储备是不够的,所以需要有更加先进的技术才行。制约人类往返火星的重要原因还是发动机引擎,如果人类能够研究出不用火箭助推就可以进入太空的宇宙飞船,那登陆火星然后返回地球也相对容易了许多,而要让飞船不借助火箭助推进入太空,依靠现在的引擎及燃料是不行的,我们需要更加强悍的燃料引擎,比如核动力引擎。

想要实现可以往返的飞船也不是那么容易的,但是相信不久的将来我们一定可以做的到。



综述火星上没有发射场,测控系统,无法发射火箭。

因为火星与月球不同,月球只有1/6地球引力,并且没有大气,然而火星有1/3地球引力,并且有稀薄的大气,这就意味着,从火星发射需要供应双倍的生命保障系统,还要额外的燃料提供足够的动力以克服引力和摩擦。

中国空间技术专家庞之浩表示以目前全人类的技术水平,从地球发射大推力火箭系统一次耗资要在几千万美元以上,在火星上发射则需要从零开始建造火箭以及发射场,测控系统等,“在未来实现该技术不成问题,但所需时间尺度可能超过人类的生命尺度,所以目前去火星返回地球的可能性很小。”

毅力号”火星探测器实行任务

2020年7月,搭载“毅力号”火星探测器的Atlas-V火箭从美国佛罗里达卡纳维拉尔角空军基地成功发射升空。

此次,MIT领导的科学家们将细致探索过去火星环境的宜居性问题,描绘环境特征,并帮助为未来的人类探索铺平道路。他们希望能将火星空气转化提取出氧气,给火箭推进提供“原料”,让到达那里的宇航员可以呼吸到赖以生存的气体。

不仅人类需要氧气呼吸,火箭也需要氧气呼吸。如果在燃烧燃料,需要氧气来补充。

发射需要大量燃料:推动航天器脱离地球的引力需要大量能量,而返回地球这个过程则需要从头再来一遍。更重要的是,在一个精心校准的宇宙飞船中,用于运输特定任务所需氧气的重型容器占据了宝贵的空间。

以上内容参考:凤凰网-就地取材!美国“毅力号”火星发射升空 科学家首次在火星上进行氧气制造实验

以上内容参考:中新网-移民火星为何有去无回?受目前技术水平限制



成功登陆火星的宇航员,为什么无法从火星返回地球?



弘贸>>> 人类为什么无法从火星返回地球 -
13418739147------ : 你想知道为啥你就得知道人类是咋登上太空的.简单来说火箭作为推进器把航天飞机带到太空,然后回来的过程自然也一样,你去了火星,火星上可没有发射基地没有火箭没有燃料.而且燃料的质量也是载荷的一部分,比如升空100米带了100升燃料.那么在最开始的一米可能要消耗33升,因为它不仅要抬起火箭还要抬起剩余的77升燃料.这样一来燃料也不是想带多少带多少.至于去太空你可以理解为人飞上去没动力被吸了回来,靠降落伞减速而已,所以能回来.月球则据说是因为本身登月时还有发射仓,月球引力小,所以能回来(这也一直是人们质疑美国登月的一个原因,以当初的科技是不可能做到登月返回的.)所以说人类如果要移民火星那就真的回不来了(在基地未建成前不可能回来).

弘贸>>> 登上火星为什么不能返回地球 -
13418739147------ : 登上火星不能返回地球,这是因为月球的引力只有地球的六分之一,相对地球体积较小,航空飞船可以摆脱这样的引力.地球的质量要比火星大,相当于地球的三分之一,而且如果要想从火星的表面成功进入到太空当中,也需要很大的推力,这个推力就必须要借助火箭的助推才可以进入太空中.火星与地球的距离还是很远,所以就算是回来的时间也是要长一些.在这段时间要维持船员所需的物资也是一个严重的问题,回程所需的物资就更难了.因此,这也是为什么现在人类对火星的探索已经很多年了,仍然没有去载人登火星的原因.想要实现载人登火星单程票是比较容易的.飞船飞到火星是可以,但是回来也是一个很重要的问题,能量储备是不够的,所以需要有更加先进的技术才行.

弘贸>>> 为什么人类有技术从月球回地球,而不能从火星回地球? -
13418739147------ : 月球离地球比较近,火星则比较远,月球经过几十年的勘探已经大致了解很多了,我们的航天飞船也能够支持来回.火星则不一样,距离远,燃料不够来回,所以只是一趟单独的旅程

弘贸>>> 为什么说从地球飞到火星是一张单程票,去了就回不来了 -
13418739147------ : 地球到火星的最近距离是5500万千米,最远距离要超过4亿千米.美国的旅行者1号探测器飞行速度约为6万多千米/小时,按6.2万千米/小时计算,约合17.2千米/秒,略大于第三宇宙速度.按照地球与火星最近距离计算,要到达火星,需要917小...

弘贸>>> 宇航员在太空不能返回怎么办 -
13418739147------ : 向流星一样的坠毁.,视野里除了黑色.没有氧气的话,就死了.但是在真空的环境下,如果死前有一点点的动力,就会在此动力下,无限的向相反方向运动,因为在坠地之前有氧气的情况下,并且有宇航服做保护,就和旅游一个样.但是.直到离哪颗星星足够近了.但是也不用担心会被摔烂..但是,就是火一样的星球.,被星星的引力所吸引,不会腐烂.

弘贸>>> 为什么人类的载人宇宙飞船无法飞到火星上去 -
13418739147------ : 人类的载人宇宙飞船能飞到火星上去.但需要科技的进步.需要解决的是人在漫长旅程中的生活必须.以及从火星返回及降落地球需要的具大的能量.更要解决人类在火星活动需要的氧气.

弘贸>>> 美国的百年星河计划,让宇航员去火星永久不回来,那能行吗,那宇航员怎么生活呢 -
13418739147------ : 现在美国航空航天局就在试验在空间种植植物,除了为宇航员提供食物,还可以提供氧气.但是如果真的不能回来,那就要找志愿者了,估计有想一辈子住在外太空的人.但是航空航天局肯定要为宇航员进行定期补给,即使是宇航员不断的种地,可是机械设备坏了肯定修不了,而且药品和其他无法生产的东西必须要地球供给.

弘贸>>> 飞船不能返回地球宇航员该如何自救? -
13418739147------ : 无法自救.只能等待地球救援.能维持两三年应该可以等到救援了.

弘贸>>> 为什么说宇航员在太空遇难了,身体绝对不能运回地球 -
13418739147------ : 好像是因为,外太空有很多未知的,地球上无法抵抗的病毒.

弘贸>>> 人为什么不能像跳伞一样返回地球,不依靠返回舱. -
13418739147------ : 飞船在轨道上运行,最低速度为7.9公里每秒,以这个速度返回大气层,就算是钢铁也会被与空气摩擦所产生的高温气化掉,更不要说一件衣服,返回舱返回地球时,返回舱上的反推火箭对返回舱做了3次减速,把速度降到了每秒几十米,这时才打开降落伞.如果不减速,那神七也会被气化. 就算我们发明了能承受与大气摩擦的高温的衣服,宇航员从天上跳下来还是死路一条,这么快的速度用一个降落伞是减不下来速的,就在宇航没打天伞的那一刻,宇航员就会死.因为降落伞把7.9公里每秒的速度一下减了不少,看上去宇航员是慢了,但他的内脏器官会因为惯性被甩掉而当场死亡. 还有就是宇航员在外太空这么久,重返地球后还不能适应重力,站都站不起来,如果叫他们跳伞的话,也会发生事故.