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update: 2024/5/15
更新日期: 2024/5/15
origin: 2011/04/21
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更新日期: 2024/5/15
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科學家解釋:為什麼人類旅行至火星如此困難
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考慮宇航員遠距離太空航行的安全性以及面對更危險環境的種種不確定因素。同時，設計一艘航太器能夠安全進入和離開火星不可預知性的大氣層是一個重大挑戰！
美國宇航局蘭利研究中心的沃爾特-恩格倫德說：“我們每次發射探測器飛至火星總會獲得一些經驗，使未來的航太器更先進。我們現已掌握到火星大氣層存在較大的變化，比地球大氣層更富有動態變化。”未來的火星航太器必須進入和離開火星大氣層，因此航太器的設計要求具有進入大氣層、下降和著陸系統(EDL系統)。
迄今為止，美國宇航局已6次發射火星探測器：“海盜1號”、“海盜2號”、“探路者號”、“勇氣號”、“機遇號”和“鳳凰號”。然而，這些勘測任務的機械裝置均非常輕，不是滿足運載宇航員、運送補給物資和返程燃料的航太器。
研製火星載人勘測任務的航太器要求協調平衡飛行器最小化重量以及如何使用最少的燃料實現航太飛行。
恩格倫德稱，當我們派遣宇航員登陸火星表面時，需要EDL系統能攜載當前火星探測器至少10倍的品質和體積貨物能力。事實上，在過去幾年美國宇航局已認真考慮這一問題。火星和地球之間的距離至少是3400萬英里，其中最大設計挑戰之一是如何解決攜載大量燃料，這些燃料需要發送宇航員抵達火星，以及完成返程之旅。但是更多的燃料意味著重量加大，攜帶重量越大，就越需要更多的燃料來運輸這些燃料。
出於安全性和操作因素，航太器旅行至火星很可能不需要著陸在火星表面。恩格倫德說：“對於載人太空飛行，很可能我們必須擁有一架航太器停留在軌道，以提供返回至地球的食物和供給。同時，它也作為一個‘安全港’，可避免火星表面出現的不可預知性狀況。”
科學家設想整個航太器首先進入在火星軌道，然後在火星表面部署登陸器。在登陸之前該航太器先環繞火星運行，從而使宇航員有機會能觀測到火星大氣層，確保著陸地點沒有灰塵暴或者危險的大氣狀況。
進入火星軌道時，科學家計劃使用一種叫做“大氣俘獲(aerocapture)”的方法，此前該方法未嘗試過。恩格倫德解釋，我們需要解決的一個問題是到達另一個行星要首先脫離地球軌道，因此我們必須以足夠高的速度擺脫地球的引力場作用。之後當航太器到達目的地行星時必須緩慢速度，從而能被該行星的引力場所“俘獲”。