火星载人飞行的难题与前景

去火星旅行的时代正在向我们招手，不过，要真正实现火星旅行却不是一件轻而易举的事，尚需解决一系列重大的航天技术性难题。

乘飞船飞抵火星再返回地球，根据已选定的行星际航线需要520昼夜。我们把这一飞行时间作为整个计算的基数来计算“航天载荷”。大家知道，一个人若处于半卧姿态，不做重体力工作，一昼夜约需1千克氧。照此计算，如果计划去火星旅行，飞抵火星再返回地球，对火星飞船上的每一名航天员来说至少需要550千克氧。

须知，这一需氧量并非是火星飞船上的全部载荷，还需考虑到用于消除火星飞船密封舱中二氧化碳的清除剂的重量。因为一名航天员每昼夜要呼出几百升二氧化碳，如果火星飞船中的空气得不到及时净化，当二氧化碳含量达到20—30％时，人就会因窒息而死。因此，需在火星飞船上安装空气化学再生装置。

目前，在载人航天飞行中使用一种叫氧化锂的化合物，这种物质能根据需要吸掉二氧化碳。不过，这种清除二氧化碳的方法还存在一定缺点，即氧化锂的饱和速度很快，一名航天员每昼夜约需1.5千克氧化锂。这就是说，要完成对火星的载人飞行，每一名航天员大约需要800多千克氧化锂，包括航天员呼吸所需的氧在内总重约为1.5吨。

还有一个问题是，火星飞船上还需携带航天员所需的食品和水，这就产生了更大的困难和问题。我们来算一下，从地球出发飞抵火星再返回地球，还需在火星上考察呆上20天，至少共约需520昼夜，航天专家认为，实际操作起来这一火星之旅的全程需时可能会延至700天。若按700天计算会得出如下结果：一名航天员每天需总热量12600焦耳的特制食品，这就是说，若按一名航天员每昼夜需要600克干食品计算，一名航天员在飞抵火星后再返回地球的整个航行期间，约需420千克食品。

通常，按照严格的生活制度，一名宇航员每昼夜约需2千克饮用水，只有这一需水量才能保持人体内的水平衡。此外，机体水平衡还取决于人体一昼夜的耗水量，一个成人通过肺和皮肤平均可排出800克—1000克的水。另外，还排出1200克—1400克的尿液和约100克的粪便。

此外，在火星飞船上，除饮用水外，每一名航天员至少还需4—12千克的清洁用水。如果采取措施能使用一种经净化处理后可重复利用的水，那么火星飞船上的需水载荷还会大大减少，如不考虑这一可能性，每一名航天员的总需水量则约为3吨。

当然，我们不可能只派遣一名航天员去完成如此遥远而艰难的星际旅行。目前，俄罗斯宇航局和欧洲宇航局已决定选派6名航天员组成火星飞船乘组。按上述航天员700天的人均物资耗用量方案计算约为6320千克/人（700天），而6名航天员700天火星之旅的物资耗用总量应为6320千克/人X6人＝37920千克，合计37.92吨。此外，火星飞船6名乘员、航天服、各种科学考察仪器和设备以及所携带的生命保障装备的重量，再加上飞船在航行过程中进行机动飞行、姿控、在火星上着陆、再返回地球，还有在近地轨道上制动飞行所需的推进剂重量，合计可达300—3000吨。

为尽量减少火星飞船上航天员的生活给养载荷，俄罗斯航天专家提出一个美妙的设计方案：把火星飞船变成一个微型“人造地球”，在上面建立一个人工闭合式生态系统，该系统犹如我们地球的生物圈，它能根据航天员的各种需求进行自然的物质循环。