只對中國來說,如果要實現火星載人登陸,最大的困難是什麼?還要多久才能實現登陸?


困難有三個

一、缺乏足夠強勁的運載工具

我國現有的火箭長征五號目前直接奔火最大運能約5-6噸,這次天問一號總重5噸多,基本已經是長征五號的極限了,所以,指望一艘6噸的火星飛船載人登火星嗎?

還是等長征九號吧,長征九號推測起飛推力達到6000噸,起飛質量4200噸,近地軌道運載能力140噸,月球軌道運載能力50噸,火星軌道運載能力37噸,相當於把一個小型空間站送入火星軌道(和平號、國際空間站核心艙重量約20噸),這才像個火星飛船的樣子……

即便如此,火星飛船估計還得由兩三枚長征九號進行地球軌道裝配之後才能奔赴火星,畢竟,3-5人的遠征隊2年時間的物資需求,往返加速減速燃料,37噸是遠遠不夠的。

二、大型深空設施的運維管理和長期太空生活的經驗

迄今為止,全球有大型空間設備運維管理經驗的國家只有蘇俄 美國兩個國家,中國雖然已經有了天宮一號二號的短暫運營,但時間太短,規模太小,最長一次也就是神舟十一號那次一個月的短期駐留,相比而言,俄羅斯宇航員單次駐留太空的記錄是波利亞科夫在1995年創造的437天……已經達到了在緊急情況下往返火星地球的時間……而且,這哥們不止這一次太空遠征,他數次進入太空,總時長達到了驚人的678天……一般而言,一個高中生一個學年在校時間是200天,他在太空的時間比一個高中生三年在校時間還要長……

更不用說長達15年的和平號以及20年的國際空間站運營,俄羅斯曾經處理過太空艙火災,空間碎片撞擊,飛船碰撞事故等等各種突發情況……

這麼長的太空生活對人體可能會遇到的變化,生理心理機制變化的應對預案,設備老化維護,突發情況處理都是不可替代的積累過程,是無法彎道超車的。

就好比一個人剛拿到駕照,就讓他開車穿過半個上海去接人,高架路口加塞變道行人避讓,不出事才怪。

三、雖然這個問題可能比較基礎,也算不上什麼特别致命的問題,但我還是要說,兩年時間裡,宇航員吃啥……

每天都吃這個么?

我的火鍋呢?我的烤串呢?地鍋雞呢?油潑扯麵餛飩餃子大饅頭呢?

哎,歐美人天天吃麵包黃油牛排沙拉蘑菇湯也就算了,讓我大天朝吃貨吃壓縮乾糧,脫水蔬菜,各種即熱罐頭肉……

在解決各種炒菜製作問題前咱還是先別去火星了吧……


載人往返火星,對中國很難,對世界一樣很難。

我不喜歡一些極端馬粉動不動就喊「定居火星,馬總牛逼」,也是因為這實在對這個工程的難度缺乏基本的了解。

火星往返雖然有比霍曼轉移更快的軌道設計,也有比霍曼轉移更省dv的軌道。但是比霍曼快的需要巨大的dv,以至於nasa動起了核彈頭的主意。比霍曼省dv的軌道,時間基本在單程兩年以上,顯然宇航員沒法接受。也就是說霍曼轉移是化學火箭最好的選項。那麼問題來了,霍曼轉移要多久呢?以天問一號為例大致7個月,算210天好了。回程由於dv基本一樣,所以也算210天好了。

接下去我準備查一下nasa當時規劃的火星往返計劃,沒記錯的話,需要12發土星5,按這個計劃不需要任何分析就可以判這個計劃死刑。因為即使火箭發射成功率高達95%(95的數據相當不低了,聯盟號的96%已經是大規模發射火箭里的最高成功率了),12次成功的概率是55%。

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昨天刷了兩小時,愣是沒找到nasa計劃的完善英文版本。。。。。

因此改為簡單算算,去火星需要多大的運力規模。

首先,參考火星500計劃整個行程520天。第一步我們算一下,500天的食物需要多重,按5人計算(長周期任務只有三人怕是不行,火星500是規划了6人,我們少算一個好了)。我查了一下目前單兵自熱食品的包裝重量大致在600~800克。咱們姑且認為航天用可以減重,因此取下限600g ,早餐算400g好了,也就是一人一天僅食物至少需要1.6kg。那麼考慮需要一點富餘易得僅食物需要約5噸重量(1.6*520*5*1.2)。

第二咱們算一下需要帶多少水,水可以簡單分為飲用水和生活用水。考慮到人類喝循環水心理接受程度,因此飲用水視為一次性用水,那麼僅僅飲用需要6噸水(2*5*520*1.2)。生活用水方面,由於食物全部是半成品,因此我們簡單算一下洗一次澡需要多少水,這部分水就當成可以循環使用(水顯然要有損耗,我們做個假設使用過的水可以90%回收)。有資料顯示,天空實驗室那個洗澡設備洗一次澡大致需要2.7l

第三步算一下需要多少氧氣,根據搜索引擎數據可知人一天大致需要550l氧氣,考慮長周期任務需要宇航員運動保持肌肉不萎縮,因此增加50%,即按900l計算約1.2kg,全帶上需要3.8噸(1.2*5*520*1.2,老實講這個結果讓我有點吃驚)


最大的困難是技術


看了很多人在說這個技術難,我認為其實不是技術問題,美國也好,中國也好,我覺得都是能做得到的,只不過是成本問題,國家又不傻,付出的代價和得到的結果不匹配,為什麼要投入那麼多錢來做這件事?也許投入大成本做成了,對航天科技和天文研究有提高,但是對於現實的國家問題 比如經濟,國防,工業發展這種現實問題沒有實質性的意義!


火箭軌道的運載能力。向火星軌道發射設備,目前大多都在5噸以內(以長五LEO25噸的能力,整個天問一號只有5.01噸重,而美國發射的最重的火星探測才3.8噸),這是遠遠不夠的。對於運人、運生活艙、運輸物資去降落火星,前面已經有答主計算光「食物水氧氣」加起來就有10幾噸,估計他計算的是全程的消耗,但是單程還也要帶軌道減速燃料、生活艙、服務艙等,其火星軌道運載力起碼要在超過30噸吧。這還只是往火星軌道發射,如果帶火星降落那運力就更要翻倍。

火星上生產推進劑的技術。這張圖是火星上升器的大小及需要的燃料重量,載人月球探測上升段一般在5~6噸,而由於火星質量是月球的8.7倍,重力更大、還有大氣阻力,載人火星上升段一般則在40噸以上。要把這麼重的設備發射到火星軌道減速、再降落。在地球發射它的運載火箭也得是個龐然大物。載人火星探測在軌道轉移、火星軌道捕獲等過程採用目前的化學推進方式,到達火星表面1噸的物體,在地球低軌道的質量約為20噸;也就是說,要向火星地面降落一個40噸重的物體,地球上的運載火箭其LEO能力要達到800噸。所以火星載人上升段的推進劑需要在火星上製造,不然以40噸火星著陸的重量,地球上沒有任何一款運載火箭能發射它。

好奇號:發射總重3.893噸,下降系統重2.401噸,火星車重0.899噸;宇宙神5號 LEO29噸;

毅力號:發射總重3.8噸,下降系統約2.4噸,火星車重1.025噸;宇宙神5號 LEO29噸;

天問一號:發射總重5.01噸,軌道器3.175噸,著陸器約1.2噸,火星車重0.24噸;長征五號 LEO25噸;

美國MSR2030火星採樣返回計劃,火星上升段為MAV微型火箭0.4噸重(裝600g樣品)

(火星質量只有地球1/9,重力比估計也差不多,大氣稀薄,火星地面0.4噸重的火箭,相當於地球上40噸重的火箭的概念,長征11號也才重58噸,能向地球低軌發射700公斤衛星。所以火星地面0.4噸重火箭向火星低軌發射600g微重物品,不算什麼事)

其他還有,火星大氣環境的定點降落技術。估計一次火星載人任務,需要的發射任務批次在5次以上(火星軌道返程段、火星上升段、火星地面生活艙、火星地面補給物資,火星載人往乘段),各種艙室、物資分次降落不能離的太遠,起碼精度要在50~100米以內,因為火星是有大氣的,定點精確降落的技術需要驗證。


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