毅力號成功著陸火星,似乎為未來星艦登陸紅色星球加一把勁兒。盡管兩者落腳點、著陸方法都截然不同,但都是人類探索火星的偉大進程。事實上,SpaceX早已在低調選擇星艦的火星著陸點。
近兩年來在NASA幫助下,SpaceX獲得6個火星備選著陸點,作為登陸火星飛船——Starship星艦登陸火星的候選著陸點和火星早期開發點。早在2017年之前,SpaceX就已經開始尋求NASA支持,瞄準22個火星著陸點進行評估、篩選。
▲SpaceX最新鎖定的6個候選著陸點,由NASA旗下的火星探測器:火星勘察軌道器MRO攜帶的HiRISE相機最新拍攝的照片集合。
要知道,該設備是迄今為止火星軌道上最強大的光譜成像儀、照相機。MRO曾經做出過最牛的科研貢獻:利用雷達探測在火星北極地區冰蓋下,發現一處巨型冰體,差不多是格陵蘭島冰塊儲量的三分之一。這為人類未來長居火星,提前探明瞭寶貴資源。
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▲圖中標註的6個著陸點,全都處在火星北半球中緯度35~40°地帶,前5個都在阿卡狄亞平原(阿卡迪亞平原)與亞馬遜平原之間,而且鄰近奧林匹斯山。
候選著陸點1:阿卡狄亞平原附近(Near Arcadia Planitia,北緯39.090°;東經189.790°)
候選著陸點2:阿卡狄亞平原(Arcadia Region,北緯39.822°;東經192.058°)
候選著陸點3:阿卡狄亞平原(Arcadia Region,北緯39.809°;東經195.615°)
候選著陸點4:阿卡狄亞平原東部(East of Arcadia Planitia,北緯39.82°;東經202.13°)
候選著陸點5:阿卡狄亞平原東部(East of Arcadia Planitia,北緯40.02°;東經203.35°)
候選著陸點6:佛勒格拉山地(Phlegra Montes,北緯35.23°;東經163.95°)PM-1
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為什麼會選這些候選著陸點?
以NASA、亞利桑那大學(負責運營MRO)為首的專傢團隊給出以下幾點理由:
①這些地區地勢平坦,比較適合飛船垂直著陸。
盡管至今沒有一輛火星車或著陸器實地探明過這些地區,但根據MRO探測數據顯示,這些地帶沒有發現火星表面通常存在的巨石場。即直徑大於1米巖石分佈<10%面積,而且10米長的坡度應<5°。
②這些地區處在中緯度,不像赤道、極地地帶溫差那麼大,且地勢較低,夏季和冬季都比較溫和,少有極端天氣侵擾。
就像阿卡狄亞平原(Arcadia Region)名稱來自古希臘版的「世外桃源」那樣,這裡恐怕是火星最平靜最安全的地區。
③靠近聖山,方便火星旅遊搞開發。
從地圖上可以看出,前5個著陸點都靠近太陽系最高山峰、最大火山——奧林匹斯山,高達27000米,是珠峰3倍多,底座面積比英國還要大。再沒有比這更值得「到此一遊」的瞭。
④最關鍵一點:地下蘊藏著大量水冰、幹冰資源。
來自多種探測器數據顯示,現已探明從阿卡狄亞平原一直到臨近的厄瑞玻斯山脈,地下存在著含水層和冰川結構。這不僅為早期立足、長居還是長遠殖民火星,提供珍貴的水資源,而且為火星航班、飛船動力、火星基地提供就地取材的寶貴能源。
根據薩巴蒂爾反應原理(Sabatier reaction)CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O。這就意味著隻要早期從地球帶上足夠的氫(畢竟很輕),從火星地下開發幹冰(CO2),通過巴蒂爾反應法就可以源源不斷產生出甲烷(CH4)和水(H2O)。再通過電解水,還可以產生氫、氧。
這樣一來,這個幾近完美的資源大循環再利用,在紅色星球生成運行——氫註入巴蒂爾反應器再利用;氧提供給火星新人類呼吸,還能作為推進器的氧化劑;甲烷作為星艦、超重型火箭燃燒劑(這也是SpaceX為什麼要全力以赴開發猛禽發動機的主要原因之一)。這種資源利用法不僅理論成立,而且在地球上實踐有效。
另外,著陸不久的毅力號隨身攜帶制氧實驗設備:根據ISRU就地資源利用系統,提取火星大氣中的二氧化碳,通過制造氧氣實驗設備(MOXIE)制造少量氧氣。
MOXIE設計能力是每小時產生6~10克氧氣,差不多足夠讓一條小狗呼吸。任務團隊期望在一個火星年(687個地球日)期間運行10次左右,每次制氧約兩小時,以檢驗在不同季節裡的運行狀態。預計將在火星春季開始首次運行演示。
這套神器目的是通過演示就地資源利用(ISRU)技術,讓人類能夠從火星大氣中獲得液氧推進劑、宇航員呼吸用的氧氣。MOXIE運行原理:先從火星大氣中收集二氧化碳,然後通過化學反應將二氧化碳分子分解為O2和CO,再將O2變成液氧推進劑,以及宇航員呼吸使用的氧氣。而一氧化碳和其他廢氣一起排放回火星大氣層,逐步改造火星大氣。
NASA火星科學傢下一階段目標:需要將升級版MOXIE的制氧量擴大200倍,才能夠首批火星宇航員使用。目前MOXIE僅有傢用汽車電瓶大小(23.9 x 23.9 x 30.9厘米),升級版MOXIE大小相當於毅力號火星車本身,但這對未來載人登陸火星來說,這是完全可以接受、也是至關重要的任務載荷。一旦MOXIE成功演示,就意味著人類在火星探測上取得突破性進展,載人登火、定期往返、甚至移民火星真的不再是夢。
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SpaceX會選擇哪一點著陸?
NASA提供的6個著陸點可謂大同小異,各有千秋。距離最終敲定還有一段時間。論證階段想必會征求各方意見、充分考慮各種因素,尤其是短期著陸條件與長期移民的平衡。
根據SpaceX首席火星開發工程師保羅·伍斯特(Paul Wooster)表示,他個人更傾向於水冰、幹冰資源最豐富的地點,便於就地建立推進劑工廠,就地取材利於長期開發。隻要先有足夠能源,其它都比較容易解決。
據悉,經過綜合評分衡量,最近初定三個主要候選著陸點:阿卡狄亞平原上候選4、5、6著陸點(▲上圖),其他作為次要著陸點。
候選著陸點4:阿卡狄亞平原東部(East of Arcadia Planitia,北緯39.82°;東經202.13°)上圖標註AP-1
候選著陸點5:阿卡狄亞平原東部(East of Arcadia Planitia,北緯40.02°;東經203.35°)上圖標註AP-9
候選著陸點6:佛勒格拉山地(Phlegra Montes,北緯35.23°;東經163.95°),上圖標註PM-1
這三個候選著陸點在著陸安全、氣候適宜、就地資源豐度方面綜合評分最高,這也是優先級最高的考量因素。
盡管有關星艦的未來時間線,沒必要當成地鐵時刻表,你我不必太較真兒,但有一點是認真的:馬斯克及SpaceX登陸火星的雄心絕對是真的。這個時代需要給馬斯克和SpaceX更多時間更多鼓勵甚至更多資源。往高點說,這關乎全人類的未來走向。
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