如何飞往火星

火星和地球都在围绕太阳的轨道上运行,两者的距离不断变化。根据计算,从地球飞往火星,最近的距离是5600万千米,最远的距离为3.2亿千米。从地球不能“直达”火星。从地球飞到火星是一个相当复杂的问题。

选择飞行方案

在选择飞往火星的轨道时曾经有三种飞行方案：第一种称为“短停留”方案,即航天员在火星表面停留30天,飞往火星需要224天,返回地球需要291天,总时间为545天；第二种称为“低能长停留”方案,航天员在火星表面停留458天,飞往火星需要224天,返回地球需要237天,总时间为919天,该方案也就是沿“双切轨道”飞行的方案；第三种称为“快运长停留”方案,航天员在火星上停留最长,为619天,飞往火星的时间为150天,返回地球的时间为110天,总时间为879天。

在未来的载人火星旅行中,不可能用一艘飞船通过一次飞行将人员和物资装备全部从地球运往火星。为了保证航天员的安全,又能让航天员在火星表面多停留一些时间,同时还能提高运输效率,降低能量消耗,至少应该用两艘飞船将人员和物资装备分开运往火星。这就是所谓的“混合运输”方案。具体的做法是先用一艘无人飞船按“低能长停留”方案将火星表面设备和返回地球飞行器运到火星,并通过遥测手段对表面设备进行测试,确保表面设备在火星表面正确着陆和运行,然后再用一艘载人飞船按“快运长停留”方案将航天员运送到火星,并保证载人飞船正好着陆在无人飞船着陆的地区。

显然,“混合运输”方案是火星飞行的最佳方案,它结合了“低能长停留”方案和“快运长停留”方案的优点,因此是未来载人火星飞行的首选方案。

火星飞行计划

科学家计算,从目前到2014年以前,共有4个发射窗口,即2007年9月,2009年10月,2011年11月和2014年3月。因此如果要在2014年之前实施火星飞行,具体安排是：从2007年开始第一批载人火星飞船的发射。不过第一批发射的都是无人飞船,共三艘。这三艘无人飞船都是向火星表面和环绕火星的轨道送去火星探测用的基础设施,为航天员以后在火星上工作和返回地球奠定基础。

2009年10月为第二个发射窗口,将进行第二批发射。第二批包括两艘无人飞船和一艘载人飞船。在载人飞船发射前要对2007年的三艘飞船进行测试。凡是与航天员生命安全和与飞行任务的成功有关的系统和结构件,都必须在正确位置并正常工作,否则就应该被及时地更换和取代。可供更换和取代的系统则由第二批发射的两艘无人飞船运来。

2011年12月是第三个发射窗口,将进行第三批发射。第三批发射与第二批相似,也是先发射两艘无人飞船,然后再发射一艘载人飞船。第一艘无人飞船上仍然装载一个装满燃料的返回地球飞行器,飞船只到达环绕火星的轨道。到达轨道以后,让返回地球飞行器自己在轨道上运行,等待第二批航天员返回地球时乘坐。第二艘无人飞船上仍是装载一个未装燃料的火星上升飞行器、一个推进剂生产车间、一个装液氢的贮罐、一辆可载人的漫游车、许多科学实验仪器和一些零部件。第三艘是载人飞船,除航天员外还装载一个飞船居住舱、出舱活动装备、生活必需品、科研仪器和各种零部件。

第四个发射窗口在2014年3月。第四批发射也是两艘无人飞船和一艘载人飞船。第一艘无人飞船所带的载荷和以前的相同,但第二艘无人飞船上要携带更多的科学仪器和实验设备,其中包括一台可钻1千米深的钻机和一台可钻10千米深的钻机。10千米深的钻机重20吨,占全部仪器设备重量的87%。

第三批航天员完成任务后将于2016年1月撤离火星返回地球。