7月23日,中國首個火星探測器「天問一號」發射升空,成功進入預定軌道,標誌著中國正式開啟火星探測之旅。
目前,美國、俄羅斯、印度和日本等國都在推進「火星計劃」。人類把目光投向火星,是為未來大規模開發這顆星球乃至實施星際移民作準備,火星還可以作為人類走向宇宙更深處的前進基地。為了實現這一宏偉目標,需要在3個領域推進一系列蘊含高科技的開發項目。
火星居住區
據美國《航空航天技術周刊》報導,的資源為地球所用,而是就地取材,供火星居住區使用。根據目前各國探測火星所取得的研究成果,已經可以明確在火星上生產一些工業原料的技術手段。
根據NASA專家的設想,火星基地中的一切都必須遵循「太空規則」:每天食用少量食物;時刻保持與地球控制中心的通信暢通;人員外出必須穿上太空服、戴上頭盔、背上呼吸裝置。
俄羅斯的火星基地計劃也頗具亮點。
俄羅斯、西班牙和芬蘭的研究人員正在聯合設計火星氣象觀測站,該項目的獨特之處是,從地球上向火星發射一顆繞火星飛行的衛星,以便測量火星表面的溫度、氣壓和風速等數據,然後傳輸給火星氣象觀測站。氣象站可以對火星的大氣、磁場和地質信息進行探測,從而為火星基地的運行提供支持。
但是,俄羅斯在火星上建立氣象站面臨一定的困難。火星晝夜的溫度在零下90攝氏度到零上10攝氏度之間變化。因此,所有設備都必須經受嚴峻的低溫考驗。俄羅斯先進的電子設備所能承受的溫度範圍為零下55攝氏度至零上125攝氏度。目前俄羅斯正在進行耐低溫材料的研究開發工作。
初期工業開發方案
據西班牙《五日報》報導,開發火星,資源為先。這並不是說要開發火星上的資源為地球所用,而是就地取材,供火星居住區使用。根據目前各國探測火星所取得的研究成果,已經可以明確在火星上生產一些工業原料的技術手段。
首先是輸電線。在地球上,輸電線主要採用兩種金屬——銅和鋁。在火星土壤中,氧化鋁的含量達到10%,因此,用鋁生產輸電線是最佳選擇。在傳輸等量電流的情況下,所需鋁線的質量約為銅線的一半。在火星的初期工業開發中,從地球上運送銅料到火星上,不如直接從火星土壤中電解鋁來得經濟。
其次是電池。鑑於火星上的大氣環境,內燃機和燃料電池都無法使用,只能選擇封閉式的蓄電池。地球上主要的蓄電池有鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池和鈉硫高溫電池。火星的礦物中目前沒有發現鋰元素,而火星土壤中含有大量氧化鉀、氧化鈉;火星南北極的冰可以提供氫;
另外,火星巖石中鎳的含量約為5%。鎳氫電池所需的電解質是氫氧化鉀,用氫和氧化鉀就可以生成。綜合火星上易獲取氧化鉀、鎳和氫來看,未來的主要蓄能裝置應該是鎳氫電池。最後是電機。地球上使用的電機主要為銅線電機和鋁線電機,雖然銅線電機具有節能、高效、壽命長的特點,但火星上缺少銅,而氧化鋁儲量較大,所以工業上應以使用鋁線電機為主。另外,在缺乏橡膠、塑料等絕緣材料的情況下,在鋁線表面通過化學作用產生氧化鋁,可以直接充當絕緣材料。
另據日本《神戶新聞》報導,火星上還有一些資源可以為人類所用。火星北極地區發現了高氯酸鹽,這是生物進行新陳代謝所需要的一種化合物,可用於配製強化人類生命系統的製劑;火星土壤在理論上可以耕種作物,只是需要進行一些處理,去除不利於作物生長的成分;火星上的矽酸鹽可用於生產3D列印材料;儘管火星大氣層中的二氧化碳很稀薄,但通過一些技術手段仍然可以生產甲烷,以作為火星基地的燃料。
「地—火」運輸動力系統人類建立火星基地後,地球與火星之間如何實施人員和物資運輸是一個繞不開的問題,需要開發高效的「地—火」運輸動力系統。
從20世紀70年代至今,各國發射的太空飛行器大都採用肼類燃料。肼又稱聯氨,它有一個可怕的缺點——劇毒。人類無論是吸入揮發的肼類氣體,還是與液態肼接觸,都會受傷。肼尤其對眼睛有刺激作用,還對人體皮膚和肝臟有強烈腐蝕作用。這一特性導致肼類火箭燃料較難進行運輸和儲存。未來的載人火星飛船,以及往返地球與火星之間的貨運飛船,都要使用大量燃料,這是一個必須解決的問題。
據美國《航空航天技術周刊》報導,美國空軍科學實驗室找到了替代肼的新型燃料。它比肼更安全,釋放的能量也更大。這種新的火箭推進劑名為「高能量離子液體」(EIL),它以液體形式存在,便於運輸和存儲。美國科學家霍金斯表示:「EIL的主要成分包括經過特殊處理的硝酸羥胺等,是頗具潛力的火箭燃料。它非常穩定,便於使用。另外,EIL的毒性低於咖啡因,對人體沒有危害。它還是一種綠色環保燃料,燃燒後僅排放水蒸氣等無毒氣體。」
(保留所有權利,轉載請註明作者和「制度開門」。資料來源:邱林:「火星計劃」背後的高科技,檢察風雲2020年第17期)