互动科普

经由火星的卫星去火星

Sfred Singer

资深太空科学家 Sfred Singe认为，火卫一和火卫二将成为火星的中转基地。

在首次阿波罗登月计划完成后的30年间，主张执行载人太空探测任务的支持者和主张无人太空探测任务的支持者之间的争论未发生很大的变化。但是许多从事机器人卫星研究工作的太空研究科学家，其中包括我，已经逐渐从反对载入太空探测转到持更为温和的立场。在特别的情况下，我现在意识到：将人送入太空不只是一项耗资巨大的惊险之举，而且可能比发射机器人更为合算。火星探索就属于这种情况。

宇航员根本有利的条件是他们能够实时地探索火星，无通讯延时，并且能够做新实验，跟踪有趣的结果。为了使机器人能够完全独立自主，甚至经过数十年的研究，在无人控制它们的条件下，这是不可能的。但问题就出现了：控制者应该在何处?显然在火星表面上不一定是最有效的。1981年在首次“火星情况”讨论会上，得出的最激动人心的结论之一就是：在火星的卫星上，火卫一和火卫二可以用作耗资较少的立足点。

目前大多数飞行任务的方案涉及到使用一对宇宙飞船。第一艘宇宙飞船把火箭推进器燃料和其它沉重的部件（例如备用的航天器的舱和重返大气层飞行器）安放在火星上或火星附近。因为旅行时间不是关键的问题，宇宙飞船可以使用电动推进力以及重力助推来降低成本。由于第二艘宇宙飞船运送宇航员，其情况颇为不同它必须迅速穿过辐射带。并且为了节省供应品，到火星的中转时间应该尽可能地短。从近期角度来考虑，使用化学燃料火箭似乎是唯一可行的选择方案。

当涉及到确定一旦载有机务人员的飞船同载有货物的飞船在这颗红色行星对接时会发生什么情况时，依任务难度增大和开支增多的次序，这个可能采用的方案是：类似于早期阿波罗飞行那样掠过火星，直接返回地球使用火星轨道飞行器，使停留在靠近火星的地方的时间长些；火卫—（phobos）——火卫二（Deimos）之间（Ph-D间）飞行，围绕一个环形的赤道平面传输轨道，使之可在火星卫星上着陆并以它为基地（最好是火卫二）：执行混合飞行任务（Ph—D加）即在两个火星卫星基础上主要增加到火星地面的飞行；相对更长时间呆在火星表面，完成研究计划；最后，延长在火星上的滞留时间。其间宇航员竖起永久性的建筑物．开始连续在火星上居住。

这项计划将使人确信首次载人飞行任务是令人鼓舞的——毕竟，冒险是吸引人的一部分——但又不可期望过高，以免不能赢得资金，“Ph—D”和“Ph—D加”飞行任务令人信服地给人提供了成本与获益的均衡，将给科学以最大的回报。

火卫二将为对火星的研究提供最佳的基地。从那里宇航员可以部署和控制大气层探测器，地表面下的渗透器和漫游者交通工具在整个火星表面上活动，卫星近同步轨道可以允许与漫游者一次直接接触大约40小时。火卫一由于靠火星距离太近，绕火星运行得过快．因此无这种独特的有利条件。但是往火星的两颗星中的任一颗上的字航员都能够分析返同来的样品，不会担心火星的生命形式沾染地球。

真空条件使宇航员更方便容易操作象质量光谱仪和电子显微镜这样的实验室仪器。通过把太空飞船部署到火卫二上的不同位置——经微小重力的条件下，这是很容易办到的——宇航员能保护它们免受太阳暴风和流星的袭击。此外，这些卫星由于自身的特点是迷人的天体；直接取样品将调查它们神秘的起源（见<>l997年2月号Joseph Veverka“火卫一与火卫二”一文）。

相比而言．在火星表而操作将有许多不利条件。无论把漫游者部署到火星的其它什么地方仍必须遥控操作，这将需要卫星通讯系统来转发指令。把样品从遥远的地方送回到基地更为困难需要沉重的备用电池或者核能发电机在夜间或发生尘暴时为基地提供动力。

无论从科学和探险那个角度来看，绝大部分登陆者飞行任务的优点都可以由从卫星到火星的短程飞行来获得。使用小型的航天飞机就能满足需要，而不需要使用完善的着陆工具，因此降低了执行任务的总成本，由于来自轨道中建立的基地，宇航员在选择着陆场时有更大的灵活性，而大型的火星着陆舱的乘员将要谨慎行事，选择着陆场，因此从轨道着陆场起飞返回地球容易些。

在更为遥远的将来，卫星可作为火星上升起或降落的小站，在火卫二的科学家可以安全地指导大规模的气象实验，例如，变更气象模式或者使极帽溶化——此实验使火星（气候）地球化或者缓和地球上气候变化的技术。

尽管在这样早期的阶段，对采取各种执行任务的方案的花费和益处难于分析，但是我在几年前开会期间，对从事火星任务的专家进行了民意测验。“Ph-D加”飞行方案由于显示出最大的净好处，它更为廉价而迅速地全方位地展现了科学，而且将开始最终在火星上建立基地和移居地的阶段。

[刘国忠/译  曹书朝/校]

图1 火卫二的基地可能由于太阳阵列（旋转以跟踪太阳）实验室（在低万有引力的情况下用螺旋状支柱固定）和生活住房（被埋着以挡住辐射）。在右边远端，小探测器从火星表面起飞；在右边中部处是宇航员返回地球用的火箭。

图2 火卫二——红色行星的两个卫星的外面一颗，看起来像一颗小行星，在火星抓住它以前完全可算得上一个小行星，这位画家的构想展示了火卫二的三面的景观，以及一个可绕的降落场，在这颗卫星北极附近有一个200米宽的坑，在那里总见得到太阳。