就在幾個月之前,由於火星(Mars)和地球圍繞太陽公轉的位置變化,使其達到自2003年以來最接近地球的距離。對於某些人來說,這麼近距離的接觸(好吧,也許3,600萬英哩聽起來並不是真的那麼近),讓人不禁又聯想到長久以來夢想著征服這顆紅色星球的載人探險和可能的殖民計劃。

然而,正如廣受喜愛的著作和電影《火星人》(The Martian),以及即將發行的國家地理(National Geographic)紀錄片《火星時代:第2季》(Mars: Season 2)所暗示的,對於火星的這些夢想一直是人類的心願。在最新一期的Aspencore特別報導中,我們將探索實現這一願望背後的現實挑戰和技術。

人類希望將觸角從地球延伸到火星的原因有很多。太空企業家馬斯克(Elon Musk)認為,成為多行星物種是確保人類長久生存於宇宙的重要一步,許多人也同意這一看法。此外,包括美國地質調查局(US Geological Survey)也正在探索讓人類延續在地球之外的外星生命時所能取得的大量資源。

20181114_mars_NT02P2 商業太空探索正為可能實現的火星之旅逐步降低成本(來源:SpaceX)

這種可預期的好處激發了人們的想像力,但是真正在火星上展開人類探險,還有更實質的利益。近幾世紀以來,為了解決一個特定問題而開發的技術以及所花的時間,已經在多種其他意料之外的廣泛領域找到新的應用,以符合更實際的需求。這正是我們得以期望採用已開發的相同技術協助將人類送到火星的最佳理由。

當然還有很多問題需要解決。例如,我們如何透過這些探險家攜帶的資源,為預期一整年的旅程或直接在火星上提供一個維持在太空生活的環境?我們如何保護探險隊員(及其設備)免於遭受可能的輻射?如何克服各種問題,讓探險隊員離開火星後能安全地返回地球?

20181114_mars_NT02P1 火星,誘人的星球(來源:NASA)

那些關注於登陸火星並將其與1960年代登月計劃進行比較的人們指出,登陸火星的旅程時間更長了100倍,挑戰也更加困難(而且更昂貴)。但是這種比較顯然並未將人類在過去半世紀以來取得的知識和技術進步納入考慮。

相較於之前的登月之旅,如今要展開火星之旅的情勢已經變得有利了。國際太空站(International Space Station;ISS)向我們傳授了很多關於在太空中生活的現實,這些在1960年代只能是各種猜想。現在的智慧型手機功能比起阿波羅(Appollo)任務中的電腦更強大了數千倍,而且成本也更低。私人企業也在致力於降低登陸太空的成本。

自1960年代起用於打造高可靠性電子系統的許多實驗和創新技術,現在已經發展成熟甚至成為主流了。例如高度可靠的軟體設計和作業系統,已經是現在汽車、飛機、工業和電信系統中的常見元素。電腦系統甚至個人處理器中的硬體冗餘也很常見。1990年代的生物圈(Biosphere)實驗,教會了我們如何建立一個獨立和自給自足的生活環境,進一步的實驗也在展開中。

此外,目前的研究重點也在解決火星探險的其他挑戰。美國太空總署(NASA)的一些計劃正致力於探索如何在太空中種植食物(根據研究顯示,目前已經可以在火星上種植馬鈴薯了),同時也找到在火星居住時如何產生可供人類呼吸的空氣了。如今正開發中的太陽電池可以從二氧化碳(CO2,火星空氣的主要成份)中產生氧氣和可燃燒的燃料,預計將能夠滿足勘探者在火星上生活以及為回程載具供電的需求。

此外,為了解決在外星生活的問題,業界陸續開發出其他計劃。例如NASA甚至擬定了一項計劃,期望減輕侵蝕火星大氣層的力量,也許這個星球最終可以變得適合人類居住,不必再仰賴氣密避難所。

但是,無論這些遠大的計劃是否能實現,或者即使在另一個世界殖民最終證實超出了我們的資源,在地球上進行這些嘗試也極具價值。從擁有軌道太空站所帶來的諸多好處,即證實了這一點。為火星探險而設計的技術,也將在落實於其他應用中帶來意想不到的好處。例如,太陽能電池不僅可用於從CO2中產生氧氣和燃料,同時還可用於儲存能量,以及減少導致家中溫室效應的氣體。

通往火星之路既令人興奮又充滿挑戰。首先,設計人員需要學習如何處理輻射,並確保軟體與硬體執行的可靠性。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Why We Should Try for Mars,by Rich Quinnell)