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火星年里的烦心事儿

2003-12-31 17:42 作者:鲁伊 2003年第51期
飞向火星的几个月旅程足以将飞船上的宇航员杀死几十次,NASA目前没有足够好的解决办法

呈蜻蜓形状的Nozomi探测器

飞向火星的几个月旅程足以将飞船上的宇航员杀死几十次,NASA目前没有足够好的解决办法。洛文斯坦说,“太空并不像《星际迷航》电视剧,但公众显然并不明白这些”

2003年曾被天文学界形容为“火星元年”。这一年中,美国国家宇航局(NASA)的火星全球测量者号(Mars Global Surveyor)和火星奥德赛(Mars Odyssey)按预定计划开始围绕火星运转,并将一系列的火星图片发送回地球;欧洲宇航局(ESA)的火星快车(Mars Express)和另外3个火星探测器将先后在火星登陆。日本宇航局(JAXA)的Nozomi探测器也会在漫长的5年旅行后抵达火星。这一场由全世界航空航天力量最强大的美、欧、日三方参与的火星追逐赛本应在2003年底进入最后的冲刺阶段,火星也理所当然将成为太阳系中最耀眼的行星。同时,对火星的深入探测也使人们开始期待,继上个世纪60年代人类登上月球之后,火星将成为人类在太空的第二个落脚点。然而,情况却并不尽如人意。

12月9日,JAXA宣布了它最不愿意宣布的一个消息:Nozomi——在日文中表示“希望”的意思——已经无望抵达火星的正常轨道。“我们的火星探测任务结束。”JAXA的发言人在接受美联社采访时痛苦的说,“在今天最后的尝试后,几乎探测器所有的燃料都已经耗尽”,“希望号”已经失去了重起发动机飞抵火星轨道的最后的希望。

重1190磅、呈蜻蜓形状的Nozomi探测器是日本发射的第一个行星系探测器。由于燃料不足,它选择了一条迂回漫长的路线,以求尽可能借助于行星间的引力。按照JAXA的计划,最终将在距火星表面550英里高处的轨道围绕火星运行的Nozomi不仅可以探测到火星上是否存在磁场,近距离观测火卫一和火卫二,还能够考察太阳风与火星大气之间的交互作用。然而,在Nozomi的长途跋涉中,正是太阳风——太阳喷射出的高速带电粒子流——摧毁了探测器上的电子和通讯设备,使其在距离火星只有几天行程的地方功亏一篑。

Nozomi火星任务的失败对于最近连受打击的JAXA来说无疑是雪上加霜。上个月,携带两颗间谍卫星的H-2A火箭升空后不久就因偏离轨道而被引爆。因为H-2A火箭承担大部分日本太空项目的发射运送任务,这将导致一系列任务的延迟甚至取消。Nozomi的情形似乎要好一些。它还留在一定的轨道上,JAXA希望在未来两年中对它进行有限的修复,使其完成其他一些针对太阳活动的任务。但是,也有宇航学家指出,因为Nozomi的轨道过低,它很可能会掉入火星,从而污染火星表面——这可能是剩下的两家竞争者NASA和ESA最不愿意见到的一幕。

NASA自己也面临着太阳暴和太空辐射不断制造的小麻烦。8月份时候,刚刚发射没多久的“勇气号”(Spirit)火星漫游车上的Mossbauer分光计就出现了原因未知的仪器故障。这很可能会影响它收集火星信息的能力——它仍能检测到火星岩石和土壤中是否存在铁矿,但却不能探明其相对含量。而这直接关系到火星上是否有生命存在的研究。接下来,在太阳暴的打击下,火星奥德赛探测器上的辐射测量装置也宣告彻底被破坏。这一装置用来收集有关辐射的数据,以评估未来载人火星任务可能会面临的太空辐射的危险性。它的损坏可能将导致人类登上火星之日延迟。

或者永远不——位于美国长岛的NASA布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)给出了另一种答案。在这个NASA投资3400万美元刚刚建立起来的实验室中,物理学家和生物学家通过一系列模拟实验得出了结论:即使不考虑载人火星任务的高额费用——300亿到600亿美元,以及从技术上满足携带往返所需的足够食品、补给和燃料等要求的难度,来自遥远恒星的重离子辐射就足以让人类活着登上火星变成不可能的任务。

研究人员将亚原子粒子加速到接近光速,并使其轰击可能会被用来制作载人飞船的材料以及织物样本和小动物。然后,他们使用PET和MRI进行扫描,并检查动物的DNA序列,以此考察辐射对生物体可能造成的影响,并探究防御辐射的办法。结果并不乐观。

实验室碰撞加速器部门的负责人德雷克·洛文斯坦(Derek Lowenstein)在接受《纽约时报》采访时指出,火星旅行对人类来说,就像是试图在一个不是为了让人类生存其中的环境努力求生。当一个人飞向火星,再返回地球的过程中,几乎身体中的每一个细胞都要经受离子或质子的轰击。在地球上,可以用混凝土或铅来防止辐射,然而,在对重量要求非常苛刻的太空飞船上,它们却显得不切实际。而且,在如何尽量减少宇航员被辐射的时间的问题上,NASA目前也没有足够好的解决办法。如果继续采用目前的动力系统,飞向火星的几个月旅程足以将飞船上的宇航员杀死几十次。洛文斯坦说,“太空并不像‘星际迷航’电视剧,但公众显然并不明白这些”。

虽然公众不那么明白,但NASA负责人西恩·奥基夫(Sean O’Keefe)却是明白的。对年初“哥伦比亚号”航天飞机事故的系列调查使NASA开始重新审视载人太空任务的必要性和安全性。奥基夫此前便指出,在防护太空辐射、更强有力的推进系统和飞船自带发电系统这三个难题没有很好解决之前,NASA绝不会尝试任何载人火星任务。解决这三个问题的关键在于对火星以及太阳更为细致的考察。现在,问题又回到了最初。

从上世纪60年代以来,人类已经进行了34次无人火星探测任务。迄今为止,其中的2/3都以失败告终。拜访火星已经被证明并不是那么容易的事。不过,正如NASA发言人在公布“哥伦比亚号”航天飞机事故调查报告时所说的,一个清醒的开始,总好过糊涂的结束。这个圣诞节,ESA的火星快车号探测器将如期抵达火星轨道。12月3号,在设备测试时,它成功发回了第一张火星图片,预示这次圣诞火星旅行有个不错的开端。火星元年也许并不全都是高歌欢庆的时光,可是日子总是要过下去的。

太空辐射知多少

在地球上,每个人每年平均接受的辐射量约为350毫雷姆(millirem)。其中一部分是穿过地球磁场和大气的太阳及宇宙辐射,一部分是来自放射性岩石和矿物质——主要是建筑材料——的自然辐射。此外,当乘坐飞机飞行时,受到的辐射剂量会比较高,而像X光等医疗设备也是辐射源之一。

与之形成对比的是,乘坐阿波罗14号飞船登月的宇航员在9天的任务中受到了1140毫雷姆的辐射,相当于地球上一个人3年中接受辐射量的总和。太空实验室4号(Skylab 4)上的宇航员在低地轨道停留了87天,他们每人受到的辐射量约为17800毫雷姆,等于地球上的50年。根据布鲁克海文国家实验室的计算,目前,一个宇航员进行从地球到火星的往返旅行可能需要2年半的时间,在此期间,他受到的辐射将达到130000毫雷姆,相当于他在地球上毫无防护的生活400年所受到的辐射的总和。

不仅是辐射量问题,太空中的辐射与地球上的辐射从质上也不可同日而语。在地球上,辐射主要来自伽马射线,其能量远逊于太空中的高能粒子。但在地球的保护性大气和磁场之外,辐射主要来自元素周期表上铁元素以上的元素离子,它们的速度接近光速,并且从各个方向袭来。目前,关于如何防护这些太空辐射的知识还近乎一片空白。尽管宇航员已经登上了月球,并在国际空间站上生活,但在这些地方,地球的磁场依然能起到相当大的保护作用。如果换成火星,情况将完全不同。

在地球上,主要使用混凝土或铅来防护辐射,但在太空中这两种方法都不太可能。布鲁克海文国家实验室的研究人员们提出了一种新的设想:水箱。宇航员将生活在一个巨型水箱中的小房间里,由水来抵御辐射。这种设想的好处是不会为飞船增加不必要的分量。因为不管怎样,水是载人飞船上必不可少的。

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