星際效應:美國探索金星上空造漂浮城

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火星熱還沒過，金星熱又掀起一輪風雨，近日，美國國家航空暨太空總署提出了金星大氣層飛行，考慮到金星大氣層以及表面環境惡劣，充滿了硫酸雨，而且高溫高壓的環境也是生命的禁區，NASA的專家設想通過飛艇這樣的工具實現載人探索金星。根據相關預設方案，科學家傑弗裡·蘭迪斯和他的研究小組已經著手研究如何在金星大氣上方飛行。



也許一直活躍在媒體大眾面前的，都是各國對火星的探索，而前些日子美國國家航空暨太空總署聲稱要將太空人送到火星的計劃更是鼓舞人心，但是不可忽視的是，人類對太陽系行星的空間探測首先是從金星開始的，前蘇聯和美國從20世紀60年代起，就對揭開金星的秘密傾注了極大的熱情和探測競爭。迄今為止，發往金星或路過金星的各種探測器已經超過40個，獲得了大量的有關金星的科學資料。



歷史上較為著名的金星探測器有前蘇聯的「金星13號」和「金星14號」，美國的「先驅者-金星1號」、「先驅者-2號」以及「麥哲倫號」，而近些年來歐洲宇航局和中國國家航天局也在積極籌備探索金星的計劃。



話題回到科學家對于飛艇探測金星的方案，NASA將之稱為HAVOC,它由一系列任務組成，一開始是發射一個機器人進金星大氣層探路。然後是30天的繞金星軌道載人任務，然後是30天的大氣層停留任務，隨後的任務會有一對乘員在大氣層中停留一年，最終在漂浮的雲城裡會有人類永久性駐留。



這些任務的特色是進行大氣層探索的載具：充氦的太陽能飛艇。飛艇頂部覆蓋超過1000平方公尺的太陽能電池，底部懸掛一個岡多拉形吊艙裝儀器，飛艇會被折疊收納在飛船裡先期發往金星，宇航員隨後乘坐轉運載具 (基於 NASA 的深空居住艙)，在金星軌道和飛艇會合。



因為根本就不會在金星表面著陸，「著陸」過程會相當的極端。傳統上，比如說要回火星，我們說的是「進入、減速、著陸」，也就是 EDL；顯然，在金星「著陸」意味著任務全面失敗，所以我們轉稱「進入、減速、充氣」，即 EDI。



飛艇將裝在氣動外殼裡以 7200公尺/秒的速度戳進金星大氣，接下來 7 分鐘，氣動外殼減速到450 公尺/秒，然後放出降落傘進一步減速。到這裡，事情就要搞大了，氣動外殼脫落，飛艇自動展開和充氣，同時以100 公尺/秒的速度繼續在大氣中下落。隨著飛艇變大，升力和阻力都會增加直到不再需要降落傘。降落傘被拋棄，飛艇完全充氣，最後柔和地飄浮懸停在金星表面上方50公里處。



飛艇下方掛有二級有翼火箭。等到了前往地球的時候，乘員進入火箭前端的小座艙，從飛艇上丟下，噗噗著射上軌道。乘員在軌道上和轉運載具會合，乘它前去地球。最後階段是在地球軌道上和著陸艙對接，坐它在地球著陸。



HAVOC 團隊相信他們的概念提供了近未來載人探索的現實目標，只等適當的技術進步和來自NASA 的領導重視。HAVOC大部分依賴於近期技術，目前這代的載人版 HAVOC 的首要約束條件是依賴於太空發射系統(SLS) Block IIB的巨大配置，這可能要到2020年代末才能準備好。



關於金星，除太陽、月亮之外它是天空中肉眼能夠看到的最明亮的，比全天最亮的恆星天狼星還亮14倍。金星毗鄰地球，兩者最近時為4100萬千米，其直徑比地球小約4％，質量輕20％，密度低10％。理論上金星有一個半徑約3100千米的鐵鎳核，中間為幔，外面為殼。由於它在大小、密度、質量、外表各方面很像地球，所以它有地球的「孿生姊妹」之美稱。



但是「孿生姊妹」的美稱僅限於行星本身的構造，如若對比地表和大氣環境，金星堪稱人類葬地。在距離金星地面30千米到45千米的地方有一層像霧一樣的硫酸氣體，這種硫酸霧厚度大約25千米，具有很強的腐蝕性。金星大氣有97％是二氧化碳，還有少量的氮、氬及一氧化碳和水蒸氣，主要由二氧化碳組成的金星大氣，好似溫室的保護罩一樣，它只讓太陽光的熱量進來，不讓其熱量跑出去，因此形成金星表面的高溫和高壓環境。



此外探測表明，金星赤道帶有從東到西的急流，最大風速達每秒110米，這樣的環境根本無法滿足宇航員登陸的條件，這也使科學家萌生了高空飛行，飛艇定點偵測的想法，說到這，大家又會問了，為什麼要選用飛艇這種早已落伍的航天飛行器。



從上個世紀40年代開始，飛艇就逐漸沒落，不受各國的重視，一是考慮到它的飛行速度慢，二是因為之前的飛艇多充氫氣，容易著火爆炸，安全性差。1937年發生的「興登堡」號火災，造成36人喪生，這一事件被許多攝影機和照相機記錄下來，遭媒體放大，使政府和公眾徹底喪失了對飛艇的信任。



而今飛艇東山再起，這得歸功於高分子化纖材料的出現和自動控制技術的完善，此外科學家使用惰性氣體氦氣取代氫氣作為浮升氣體，避免了起火爆炸事故的發生可能性。目前對于飛艇最典型的實例，莫過於英國用於北海油田巡邏的軟式飛艇，美國用直升機和飛艇艇體組合的混合式飛艇。



在煥發新的生命力後，科學家也開始將外太空探索任務寄托於這種廉價安全的飛行器身上，2003年，NASA試飛了「百夫長」太陽能遙控飛艇，它可攜帶272千克有效荷載，與普通衛星的有效荷載相同。如果有效載荷為轉發器，高空飛行的它可以擔負通信中繼站的功能，發射一顆通訊衛星的費用至少要1億美元，一艘太陽能飛艇只需500萬—1000萬美元。一位操作員能同時遙控好幾艘飛艇，設備也可方便地返回地面進行維修或升級。



美國國家航空暨太空總署已經在火星上部署了多個著陸器，但對金星的探索仍然沒有較大的進展，這主要是金星已經被排除在可能擁有生命行星的行列之外，異常嚴重的溫室效應幾乎無法讓生命存活，更不用說極端惡劣的表面環境。但是金星仍然是科學家關注的重點，比如為什麼金星與地球非常相似，但卻走向了截然不同的演化格局，探索金星有利於我們研究地球的未來。



美國國家航空暨太空總署已經在火星上部署了多個著陸器，但對金星的探索仍然沒有較大的進展，這主要是金星已經被排除在可能擁有生命行星的行列之外，異常嚴重的溫室效應幾乎無法讓生命存活，更不用說極端惡劣的表面環境。但是金星仍然是科學家關注的重點，比如為什麼金星與地球非常相似，但卻走向了截然不同的演化格局，探索金星有利於我們研究地球的未來。