杭蘇

進軍火星

在太陽系中，火星是除了金星外距離地球最近的行星?；鹦怯兄愃朴诘厍虻乃募窘惶?，在火星上的1天幾乎與地球上的一樣長，火星與地球的諸多相似點吸引人類不斷發(fā)射探測器去了解火星。早在上個世紀60年代，人類就踏上了征途：1971年美國“水手9號”成為第一個火星軌道飛行器；1997年7月4日由美國“火星探路者”探測器攜帶的“索杰納號”成為第一部成功在火星著陸的火星車。如今，已有40多枚探測器到達過火星。第一批登陸火星衛(wèi)星的“火星宇航員”也有望在2033年前啟程。

火星距離地球最近的距離是5？600萬千米，最遠距離4億千米！火星之旅十分遙遠，不僅飛向火星要花9個月的時間，連地火遠程通訊也要延遲20多分鐘，即使乘坐還在研制中的、可以持續(xù)加速或減速的核動力太空船，整個航程還是要持續(xù)三四個月。這種核動力太空船攜帶數(shù)千枚小型核彈，當飛船需要動力時，宇航員就從船尾釋放出一顆核彈，接著再釋放出一些由含氫塑膠制成的固體圓盤，當飛船駛出一定距離，核彈將在飛船后面爆炸，蒸發(fā)掉塑膠圓盤，將其轉化成高熱的等離子漿。這些等離子漿會向四面八方沖擊擴散，其中一些將會追上太空飛船，撞擊太空飛船尾部巨大的金屬推進盤，從而推動太空飛船高速行駛。太空飛船上還設計了一個震波吸收系統(tǒng)，可以把沖撞到金屬推進盤上的能量儲存起來，并逐漸釋放出去。

登上火星

早期火星考察任務的最佳人數(shù)應該是4個人：2位接受過野外地質和系統(tǒng)工程培訓的專業(yè)飛行員；1位接受過飛行、系統(tǒng)工程和野外生物學培訓的專業(yè)野外地質學家；還有1位是接受過醫(yī)學和野外地質培訓的專業(yè)野外生物學家。考察任務的成功與否就不單單取決于某一個人，除了為整個團隊奉獻自己的專長，還需要整個團隊的通力合作。在歷史上，孤軍奮戰(zhàn)的小探險隊如果有一位經驗豐富的領導者指揮，往往更能取得巨大的成功。

由于火星之旅的時間長達數(shù)月，考察隊必須不斷演練著陸和其他航程中會遇到的飛行操作?；鹦强疾斓陌l(fā)射和著陸之間有長達9個月的間隔，不在飛船上進行定期演練的話，這段時間顯然會過于漫長。地球上的地面控制無法實現(xiàn)傳統(tǒng)的任務控制功能，因為地球與火星飛船之間會出現(xiàn)通訊延遲（單程通訊最長需要22分鐘）。因此，地面將承擔那些不需要與火星考察隊實時互動的任務，例如數(shù)據分析處理、每周計劃、系統(tǒng)及消耗品監(jiān)測分析、維護計劃以及方案研發(fā)等。探測任務的實時控制必須由宇航員自己來完成。比如說，考察任務可能由兩組隊員構成，一組著陸火星的時候，另一組會留在繞火星軌道上擔當任務控制中心；第一組隊員返回軌道之后，第二組隊員則會著陸到另一個地點進行考察等。

考察地貌

科學家預計，影響火星地質結構的因素介于地球和月球之間，因為這顆紅色行星的尺寸介于兩者之間。事實上，從不斷增長的火星地理知識已經證實了這一點。從火星軌道探測器和海盜號著陸探測器發(fā)回首批火星照片時起，我們就知道火星的地質特征源于內部和外部因素的共同作用。

火星與地球不同，有著一層薄薄的大氣，地面大氣壓大約是地球海平面大氣壓的1%。大氣會改變火星的地質蓋層，而這層物質正是考察隊員不得不加以評估的：他們必須透過蓋層才能識別、分析和了解下面的巖石單位?；鹦谴髿鈺^濾掉一些較小的流星和彗星——如果讓這些“小家伙”擊中地面，會形成直徑不超過30米的隕擊坑，較大的隕擊坑又稱“環(huán)形山”。因此，火星表面不會像月球那樣布滿撞擊產生的“飛沫”。相反，物質移動的主要方式是被風吹動的塵埃?；鹦巧系膲m埃有著多種來源，包括風對巖石的侵蝕、山崩、外來天體撞擊和化學反應。塵埃形成的松軟沙丘是考察隊員需要避開的，它們與地球上在平原和山隘間被風吹到一起形成的深雪堆非常相似。事實上，“勇氣號”和“機遇號”火星車有時就會陷在里面。

盡管火星大氣起到了一定的過濾作用，但與撞擊有關的地質現(xiàn)象，仍然主宰著大部分暴露在外的火星地質構造的表面和近表面紋理。到達火星的第一批宇航員必須弄清楚拋射、碎裂和激波對巖石的改變。不過，并非所有巖石都跟撞擊有關。在許多裂谷以及其他地區(qū)，層狀巖石似乎主要是沉積巖或者火山地層。撞擊產生的表層土并沒有覆蓋住所有地方，火星地下許多巖床露出地表的巖層斷頭，讓考察隊員很容易進行常規(guī)的地質學檢測和采樣。火星上的液態(tài)水會蝕刻地貌，產生新的礦物。實驗室分析已經證實，火星軌道探測器和著陸探測器對火星礦物的分析，已經檢測到了多種含水黏土以及可能從水中析出的硫酸鹽?；鹦堑膸r石中含有大量氧化鐵（赤鐵礦）。這是火星上曾經存在液態(tài)水的另一個跡象。水還會轉移礦物，開鑿山谷。一些“天外來客”的撞擊似乎還融化了地表下的冰，導致了泥石流?；鹦怯詈絾T可能會遇到的礦物種類將遠遠超過我們原來的想象，他們必須做好準備解釋這些礦物的來源。

總而言之，火星表層土由撞擊產生的拋射物和泥石流或洪水帶來的碎屑構成，其中還夾雜著被風吹來的塵埃。在火星兩極地區(qū)，表層土中還含有水和二氧化碳構成的冰或霜凍，“鳳凰號”火星著陸探測器最近證實了這一點。

任重道遠

由于火星和地球有如此眾多的不同之處，未來的火星野外宇航員將面對許多新的挑戰(zhàn)。在火星上考察必須穿戴加壓宇航服，這是影響考察效率的主要因素。只有身穿加壓宇航服。才能在非常嚴酷的環(huán)境下進行大量的野外考察工作。機器人野外考察助手或許可以幫助宇航員預先規(guī)劃野外活動。來自火星的圖像顯示，盡管風吹來的細小塵埃會在許多巖石表面形成一個類似“巖銹”的極薄覆層，但是風也會經常清理巖石表面，因此塵埃覆層不會對觀察巖石和識別礦物產生大的影響。

考察隊員需要非凡的洞察力，必須考慮風力、重力及水力搬運物質所造成的影響。在火星考察時，人眼也可能會產生錯覺。在真空或者稀薄大氣中，我們的大腦會傾向于低估距離。在地球上的沙漠或者高山地帶，通透的空氣也會使人出現(xiàn)類似的錯覺：沒有房屋、樹木、灌木、電線桿等人們熟悉的物體作為參考，這種錯覺會進一步加深。地表上的塵埃同樣會欺騙雙眼。在地球上的雪地里，回看自己的影子或者在飛機飛越叢林或農田時遙望飛機的影子，只要朝背離太陽的方向看過去，都會出現(xiàn)一團強烈的反向散射。這種所謂的“反向效應”看起來就像一個明亮而彌散的亮斑?；鹦巧系挠詈絾T也會看到反向效應。反向散射會把一些光投進陰影。而朝向太陽方向看到的陰影只會被其他表面散射的少量光線照亮。因此在拍攝照片時，必須根據與太陽方向的夾角來調整相機的光圈。未來科學考察用的照相機和攝像系統(tǒng)，應該具備根據光照條件自動調節(jié)光圈的能力。？？？？

鑒于火星探測任務的昂貴成本和歷史重要性，探測任務必須確保萬無一失。如果出現(xiàn)問題，宇航員也應該能夠繼續(xù)執(zhí)行他們的任務，并實現(xiàn)所有的主要目標。比如說，飛船最好能攜帶兩個著陸器，以防止其中一個無法使用；如果在進入大氣層、下降及著陸的過程中系統(tǒng)或軟件出現(xiàn)異常，宇航員能夠緊急迫降著陸。一旦考察隊在火星上安全著陸，就可以在地球控制中心的協(xié)助下，花點時間慢慢解決出現(xiàn)的這些問題。