人类在50年前就实现了登月,但直到今天也没有任何一个国家登陆过火星,这究竟是为什么呢?其实答案很简单:现有科技水平达不到。
火星和地球距离
火星和地球的距离,最近的距离约为0.5亿千米,最远时可达到4亿千米,这么长距离的太空旅行,所花费的时间一定非常久。我们简单看一下历史上飞行器抵达火星用了多久。
1965年,美国水手4号花费228天成功飞过火星。1969年,水手6号用时155天飞过火星。1969年,水手7号用时128天飞过火星1971年,水手9号成为首次进入火星轨道的地球飞行器,用时168天。1975年,美国维京1号用时304天飞抵火星,并成功登陆。2011年,好奇号火星探测器用时254天抵达。
现在虽然有许多探测器陆续抵达火星,但所耗费的时间大约都在2、300天左右,也就是说,如果人类想要实现登陆火星并返航,至少需要400-700多天,这期间食物的供给,宇航员的健康以及燃料都无法保证。而且,载有一个宇航员大概400-700多天所需的食物,重量和空间也是非常大的。还有,来回的燃料重量也非常重,势必会给载人飞船增加难度,因此,现阶段探测火星大多用的是探测器。
火星第二宇宙速度
除了火地距离太长之外,还有一个原因是现阶段人类无法攻克的难题,那就是如何摆脱火星第二宇宙速度。
根绝牛顿在《自然哲学的数学原理》中描述的万有引力:任意两个物体之间都存在着引力,引力的大小和双方的质量呈正比例,和他们的距离呈反比例。
最简单的例子就是我们人类之所以没有飘到天上去,是因为人类的质量和地球相比太过于渺小,几乎忽略不计,而地球的引力束缚着我们,让我们无法离开地球。
但是,牛顿也提出一个思想实验,这个实验被后人称之为“牛顿大炮。”
牛顿提出,假如我们拥有一台可以发射任意速度的大炮和炮弹,那么刚开始,我让大炮发射速度较小的炮弹,炮弹虽然会打到一定高度,但最终还是会在地球引力作用下,呈自由落体落在地面上。
如果,我让大炮发射速度超过7.9km/s,那么虽然炮弹还是会落下来,但因为地球是圆球,炮弹落下多少米,地球就相应凹陷多少米,相当于永远也不会落在地球上。这时,这枚炮弹就像是地球的卫星一样,围绕地球运动。
科学家们把这个速度,叫做第一宇宙速度,每个天体的第一宇宙速度不同,具体和他们的质量有关系。
不知道你发现没有,虽然炮弹达到第一宇宙速度时永远不会落下来,但是也没有摆脱地球的引力,如果想要摆脱地球的引力,需要达到第二宇宙速度,即第一宇宙速度乘以根号2倍,火星的第二宇宙速度是4.98km/s。
也就是说,载人飞船想要从火星返回地球,需要克服火星的引力,也就是说,载人飞船的速度要提升到4.98km/s以上,而人类目前已知的办法是使用火箭助推,让载人飞船初始速度提升上来,但是火星上并没有火箭发射器,也没有燃料,想要摆脱火星的引力几乎不可能。
而人类登陆月球之所以不用火箭助推,是因为虽然是在月球,但地球的引力在地月系统中还是占主导,再加上月球比较小(月球的第二宇宙速度是2.38km/s)。一般的操作是让一个飞船绕着月球飞行,然后让小型飞船进入到月球中。
等返航时,小型飞船只需要稍微加速就可以绕月飞行的飞船对接。而绕月飞船只需稍微加速就可以实现变轨,并且返航。这个难度是要远远小于从火星返航的难度。
总结
人类登陆火星比月球难的地方在于:
1:火星和地球距离非常遥远,而载人飞船无论在食物的供给上还是燃料的携带上,都无法满足来回安全的保证。
2:想要摆脱火星第二宇宙速度,飞船需要火箭的加速度,但火星上并没有火箭发射基地,也没有燃料供给,因此飞船从火星出发,并不容易摆脱火星的引力,无法返回地球。相信解决了这些问题之后,科学家们会考虑载人飞船飞向火星,近距离感受火星的神秘。