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馬斯克計畫送人類去火星 但是該在哪裡登陸呢?

在未來3年時間內,美國宇航局(NASA)將再次向火星發送探測器,其主要使命就是在火星表面上尋找古代生命痕跡。與此同時,如果伊隆·馬斯克(Elon Musk)的承諾可以兌現,SpaceX也會向火星發送首艘商業太空船。大約10年後,人類可能登陸火星,準備掀開人類歷史的新篇章。然而,當我們前往火星時,我們要選擇從火星哪裡登陸?

科學家和工程師們可以花費數年時間,利用圖片和其他資料為飛船確定最佳的火星登陸點。然而當你向數十億公里外的行星上發射非常昂貴的大塊金屬時,你只能聚焦某處特定場所。而且到目前為止,只有美國成功向火星上發送了探測器。由於風險太高,選擇潛在登陸場必須慎之又慎,哪怕最小的細節也需要仔細推敲。

這也是馬特·戈隆貝克(Matt Golombek)的觀點。戈隆貝克是美國宇航局下屬噴氣推進實驗室的科學家,他稱自己為“登陸場牛仔”。在過去20多年中,戈隆貝克始終在幫助識別、評估以及選擇火星任務登陸場。1997年,戈隆貝克參加了Pathfinder任務,它向火星成功發射了首個探測器Sojourner。戈隆貝克還幫助建立了數十張火星地圖,為許多模擬提供火星岩石、斜坡、礦物成分以及其他幫助。

戈隆貝克目前負責領導Mars 2020任務,即為美國宇航局2020年發射的探測器尋找登陸場。這個探測器配備有多種工具,包括在火星表面鑽探和收集岩石、土壤樣本的設備,以待其他探測器將這些樣本取回地球。此外,戈隆貝克還在幫助SpaceX的工程師為Red Dragon飛船選擇登陸場,這艘飛船計畫於2020年發射,上面可能攜帶人類成員。

隨著成像技術的改進,美國宇航局在發現和躲避岩石方面已經做得越來越好。在戈隆貝克為Sojourner評估登陸場時,他曾利用維京探測器發回的資料,維京探測器是20世紀70年代中期首批到達火星軌道的軌道器和登陸器之一。維京探測器能夠看到的最小物體也有足球場那樣大,而2006年開始圍繞火星運轉的火星偵查軌道器可以發現直徑1.5米的岩石陰影。對火星進行長達20年的研究和技術進步,已經大大提高了火星登陸場選擇的精度。與Pathfinder任務相比,登陸場的面積已經縮小了500倍。

戈隆貝克表示,無論是過去還是未來,火星任務登陸場的選擇都有共同點:它們需要平滑、平整、平坦的地方。岩石地形可能損壞飛船,斜坡可能導致飛船側翻。靠近赤道附近的地方屬於優先選擇區。與火星其他地區相比,赤道地區的溫度相對較溫和,在晝夜溫差極大的世界中,保持硬體不被凍壞依然是個巨大挑戰。

此外,以太陽能為動力的飛船也需要赤道地區強烈的日照。赤道地區或許是人類最適合的登陸點,特別是對於計畫返回地球的人類來說。火星在赤道地區自轉最快,這會促使火箭沿著同一方向旋轉時獲得更快加速。美國宇航局之所以選擇佛羅里達州的卡納維拉爾角發射火箭,也是出於相同的原因。

位於低海拔的登陸場比較理想。火星上大氣稀薄,低海拔地區的大氣層相對較厚,為此飛船可以利用大氣層減緩下降速度。但是戈隆貝克表示,這種合適的低海拔登陸場在火星上很不好找,僅這個要求就可以排除火星上80%以上的潛在登陸場。

這些還是選擇火星理想登陸場的基本要求,其他要求取決於任務的目標。火星極地登陸器專門研究火星南極是否存在埋在地下的水,它於1999年登陸火星失敗。勇氣號和機遇號探測器主要探測火星地形和地質環境,為此它們在火星赤道附近著陸,需要吸收太陽能提供動力。鳳凰號探測器2008年發射後運行了數個月,它主要是尋找火星上的水源,為此在火星北極著陸。

Mars 2020探測器為尋找生命跡象,它將前往科學家們懷疑曾存在熱泉、河流以及湖泊的地方。自從2014年以來,美國宇航局召開了3次研討會,並彙集了數百名科學家,説明將潛在登陸場目標縮小至數十個。參與者花費3天時間演示自己選擇的登陸場,然後所有人進行投票。討論變得日益激烈,最近的研討會是2月份舉行的,潛在登陸場已經減少至3個。但投票結果並不一致,有些參與者感到非常不滿。科學家們將花費1年半時間評估這剩餘3處場所,然後在美國宇航局總部進行最後演示,直至做出最後選擇。

未來執行載人火星任務時,同樣存在選擇登陸場的挑戰。屆時科學家們可能選擇在赤道附近登陸,因為那裡相對溫度更高,且更容易離開火星。但是他們也需要接近冰資源豐富的地區,而冰通常存在於接近兩極的地方。負責確定潛在登陸目標的科學家和工程師們將擁有遠超過戈隆貝克20世紀90年代能夠獲得的資料和技術,但是有一件事沒有變:無論登陸場選擇在哪裡,必須要平滑、平整、平坦。

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