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全面为未来载人火星任务做准备!NASA计划在空间站进行多项模拟实验

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斯科特·凯利(Scott Kelly)在2016年3月完成了为期一年的太空任务。图中的凯利正在国际空间站的圆顶下面。(图片:NASA)

为了对将来的火星任务做准备,NASA将会在近地轨道任务上进行一些调整。

自从第一批宇航员在2000年11月到达国际空间站(ISS)以来,NASA就一直将国际空间站视为未来深空任务的一个重要训练基地。但NASA计划在不久的将来加强国际空间站的这一角色,更明确地将国际空间站视为“火星过渡模拟实验室”,为21世纪30年代的火星载人任务做准备。

上周六(11月2日),NASA国际空间站项目首席科学家朱莉·罗宾逊(Julie Robinson)在首届太空健康创新大会(Space Health Innovation Conference)上说“我们真的可以做得更多事情,而我们也准备做得更多的事情,因为我们有着20年的优秀数据。”

罗宾逊领导着一个多学科的团队,他们最近确定了一些国际空间站的模拟用途,这些模拟用途可以帮助NASA开辟未来的火星载人任务。其中一个包括在国际空间站上执行更多时长一年的任务。

执行国际空间站任务的宇航员通常要在国际空间站上度过大约6个月的时间。但这和火星任务相比不值一提;以目前的推进动力技术来看,光光是飞向火星都要花8到9个月的时间。因此,NASA希望获得更多关于长时间太空飞行对宇航员生理心理健康影响的数据。(当然了,国际空间站在这方面并不能很好地模拟火星环境,因为国际空间站位于地球的磁层当中,所以它受到的宇宙辐射伤害比飞往火星的飞船要小得多。)

到目前为止,国际空间站只执行过一次持续一年的任务。在2015年3月到2016年3月间,斯科特·凯利(Scott Kelly)一直在国际空间站上生活和工作,俄罗斯宇航员米哈伊尔·科尔尼延科(Mikhail Korniyenko)也参加了这次飞行,和凯利一样,他也在太空中度过了342天。

NASA还延长了另外两名宇航员的国际空间站任务,其中一个是在2016年和2017年连续飞行了289天的佩吉·惠特森(Peggy Whitson),还有在今年3月抵达国际空间站,现在计划在2020年2月返航的克里斯蒂娜·科赫(Christina Koch)。

但罗宾逊说,只有这三个数据样本是远远不够的。

她说:“我们想要把这个数字再往上提高一个档次,在美国的数据库中再增加10个这样的研究对象。”

罗宾逊补充说,国际空间站项目已经批准了这一计划,一旦商业载人飞船可以正常运营,NASA就可以开始实施这一计划。

NASA商业载人计划已经资助了两家私人公司开发这样的太空舱:SpaceX的载人龙飞船和波音的CST-100 Starliner。这两家公司都将于明年开始载人飞行,但在此之前,NASA仍然需要依赖俄罗斯的联盟号飞船运送宇航员往返国际空间站,而这就造成了一个规划的问题。

“我们必须控制好我们的救生艇,才能控制好载人时间表,”罗宾逊说。

她补充说:“我们还在与俄罗斯同事合作,看看他们会不会也让一些宇航员参与进来,因为有两个机构进行合作会更好,就像我们之前米哈伊尔和斯科特的合作一样。”

国际空间站的第二个模拟用途取决于可不可以用到商业载人飞船,具体地说就是波音的Starliner。NASA希望可以更多地了解宇航员在长时间太空飞行中会“解锁”什么能力,NASA想知道,经过长时间飞行的宇航员在着陆火星之后能够立即做些什么。例如,他们会不会有足够的运动技能去更换着陆器上的电源线?或者是在需要的时候执行其他复杂的任务?

这听起来好像是一个很蠢的问题,实际上并不是,想想宇航员完成国际空间站任务的情景就知道了。空间站任务宇航员在返航之后都是被救援人员从联盟号上拖出来的,他们都要裹着毯子,躺在椅子上等着进行彻底的医学检查。

除了健康问题之外还有后勤方面的问题。罗宾逊说,例如,之前与NASA火星架构团队进行的研究表明,如果火星宇航员在着陆一周之内都不能进行活动的话,他们的着陆器将需要更多的电池能量,这将使其质量增加一倍。

罗宾森说,今年6月,NASA对刚刚着陆的国际空间站宇航员进行了10个小时的传感器运动测试,并且计划对将来乘坐Starliner的宇航员进行一到两天这样的测试。之所选择波音的Starliner,是因为它降落在陆地上,就像联盟号(和火星着陆器)一样,而载人龙飞船降落的时候则是溅落在海洋里。

罗宾森说:“在水里着陆跟在火星上着陆是完全不一样的,因为宇航员的状况本来就很差,再在海里弹来弹去就会变得更差了。”

她补充说,如果国际空间站项目批准了这一计划的话,这个计划理论上最早可以在2022年Starliner第三次载人任务着陆的时候进行深入测试(计划仍在研究当中)。

前往火星的宇航员将无法使用国际空间站提供的所有设施,这些设施的内部空间与747飞机差不多,而且还会定期从地球进行补给。此外,火星宇航员也不会收到地球地面控制人员的实时建议,因为飞往火星的飞船与地球之间存在巨大的距离,这会造成通讯延迟,所以,火星宇航员只能靠自己,尤其是在处理紧急情况的时候。

这就又带来另外两个模拟用途了:模拟火星之旅中突然出现的严重医疗问题,并且对通信故意施加类似火星任务的时间延迟。NASA计划明年春天在国际空间站上进行一次医疗模拟任务。国际空间站项目也已经同意进行一个为期两周的通讯延迟实验,罗宾逊说,在未来这些实验的持续时间可能会更长。

然而,国际空间站并不能执行所有的模拟实验。罗宾逊说,比如,每位宇航员的可用空间最好是能限制在880立方英尺(25立方米)以内,因为这就是火星飞船所能提供的大概空间。但是这样的模拟实验不能在拥挤的国际空间站上进行。

但罗宾逊说,未来科学家们可以在停靠国际空间站的商业舱,以及在近地轨道上自由飞行的空间站上进行这些空间限制实验,这样的实验可能还可以在月球轨道空间站上完成(月球轨道空间站是NASA阿尔忒弥斯计划的一部分)。

NASA官员强调,阿尔忒弥斯计划本身就是一个通往火星的跳板。该机构希望能够在2028年之前在月球及其周围建立一个可持续的长期人类基地,并且在此基础上学习将宇航员送到火星所需的技能和技术。

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