NASA研究用飞艇和云城探索金星

2014.12.19 , 11:31 am

# 本文由 王丢兜 童鞋投递译稿：

应该在尝试火星载人任务前先送人去金星吗？

几十年来火星一直合乎逻辑地是发射男人前去探索的下一站。火星显然是系内最能提供类地环境的地方，而且它比几乎任何地方都更接近地球，除了金星。然而金星勘探长期面临一坨巨大挑战：金星表面是 92 大气压、气温近 500 摄氏度的火焰山。

好吧金星表面对男人和女人都行不通，但如果我们忽略表面坚守云端会怎样？NASA 弗吉尼亚兰利研究中心系统分析和概念局空间任务分析分部的 Dale Arney 和 Chris Jones 折腾出了这个想法。没准女人能坐太阳能飞艇在金星上层大气巡游。两人提议，男人回火星前女人先去金星来一发会更靠谱。

为了理解 NASA 这发金星高海拔运作概念任务(HAVOC)的背景，让我们先考虑勘探金星大气而不是表面。“一般人一听到送人去金星考察，想到的就是表面，那里的温度能融化铅，压强相当于海底一公里”，Jones 说道，“我觉得没人费心考虑过相对宜居的大气上层以及怎样呆在那里。”

金星赤道附近的风能在 110 小时内带飞艇环球一周

金星表面上方 50 公里处为一个大气压，引力略低于地球。相比之下，火星“海平面”的压强是地球的 1/100，引力是地球的 1/3，气温 -63 摄氏度。金星海拔 50 公里的温度约 75 摄氏度，*仅仅*比地球最高气温纪录高 17 度。虽然对没有防护的人类来说并不愉快，但还能 hold 住的。

更重要的是相对于火星，金星有充足的太阳能和辐射防护。宇航员在金星大气层中暴露到的辐射量“差不多和身处加拿大一样多”，Arney 说道。在火星上不加防护的宇航员会受到约 0.67 毫西弗特/天的辐射，大约是地球上的 40 倍，像霍比特人一样他们得把居所深埋地下几米以减少辐射。金星更接近太阳，接受的太阳能比地球还多 40%，相比火星更是多了 240%。只要你不恐高，Jones指出，金星大气上层“可能是地外最接近地球的环境”。

同样重要的是金星经常比火星离地球近得多。因为金地轨道随时间推移的相对关系，使用现有或近期推进技术发射载人任务去金星只需要440天：110天去、呆30天、300天回——包含一抵达金星就放弃任务返回地球的选项。这听上去像是要在太空里呆很久 (的确也是)，但使用相同的推进技术往返火星至少需要500天，而且为了等待回程时优化的轨道对齐，一个更现实的火星任务可能要持续650至900天不等或更长，这意味着没法选择放弃任务提前回地球。一旦任何事情出错，宇航员只能继续火星着直到回程窗口开放。

HAVOC 由一系列任务组成，一开始是发射一个机器人进金星大气层探路。然后是 30 天的绕金星轨道载人任务，然后是 30 天的大气层停留任务，随后的任务会有一对乘员在大气层中停留一年，最终在漂浮的云城里会有人类永久性驻留。

这些任务的特色是进行大气层探索的载具：充氦的太阳能飞艇。机器人版本长31 米 (大约是固特异飞艇的一半大)，乘员版本将有近 130 米长，波音 747 的两倍大。飞艇顶部覆盖超过 1,000 平方米的太阳能电池，底部悬挂一个冈多拉形吊舱装仪器，载人版则是生活舱和乘员用来重返金星轨道以及地球的升空载具。

把一只飞艇丢到金星上不是小事，把里面有人的飞艇射进金星更是困难，载人任务还牵涉在金星轨道上的对接。飞艇会被折叠收纳在飞船里先期发往金星，你们人类随后乘坐转运载具 (基于 NASA 的深空居住舱)，在金星轨道和飞艇会合。

因为根本就不会在金星表面着陆，“着陆”过程会相当的极端。“传统上，比如说要回火星，你说的是‘进入、减速、着陆’，也就是 EDL，”Arney 解释道，“显然在这里，‘着陆’意味着任务全面失败，所以我们用‘进入、减速、充气’，即 EDI。”飞艇将装在气动外壳里以 7200 米/秒的速度戳进金星大气，接下来 7 分钟，气动外壳减速到 450 米/秒，然后放出降落伞进一步减速。到这里，事情就要搞大了，气动外壳脱落，飞艇自动展开和充气，同时以 100 米/秒的速度继续在大气中下落。随着飞艇变大，升力和阻力都会增加直到不再需要降落伞。降落伞被抛弃，飞艇完全充气，最后 (如果一切都按设想进行) 柔和地飘浮悬停在金星表面上方 50 公里处。

接近金星赤道处 (这里大气最稳定) 的风速约为 100 米/秒，110 小时就能环绕金星一周。金星本身几乎不自转，导致一金天比一金年还长，不过这也没关系，因为实用角度上来说 110 小时的乘风环球周期就是一个日/夜循环。风会向北偏转，因此日间太阳能充足时飞艇需要向南赶，夜间节约能源时再北漂。

与此同时，你们人类会在一个基于 NASA 现有太空探索载具概念的 21 立方米大的仓鼠笼里忙着做爱做的科学。因为没有太多的理由要进行舱外任务，所以也根本就没设置这个选项，使得整件事比火星之行要简单安全 (和略无趣) 得多。

整个霍比特人去而复返的历程需要多次发射和重入

飞艇的酬载容量约为 70 吨，其中约 60 吨被上升载具占去，这是一个挂在飞艇下方的二级有翼火箭 (眼熟吗，没错它基于小得多的 Pegasus 火箭，在你们地球上从航空母机上释放点火发射卫星进入地球轨道)。等到了前往你们地球的时候，乘员进入火箭前端的小座舱，从飞艇上丢下，噗噗着射上轨道。乘员在轨道上和转运载具会合，乘它前去你们地球。最后阶段是在地球轨道上和着陆舱 (比如 Orion) 对接，坐它在地球着陆。

HAVOC 团队相信他们的概念提供了近未来载人探索的现实目标，只等适当的技术进步和来自 NASA 的领导重视。HAVOC 大部分依赖于近期技术，目前这代的载人版 HAVOC 的首要约束条件是依赖于太空发射系统 (SLS) Block IIB 的巨大配置，这可能要到2020年代末才能准备好。几个概念验证研究已经完成，包括保护太阳能板和其它材料忍受金星大气中浓硫酸液滴的不粘锅涂层，在至少 1/50 比例模型上验证带太阳能板的飞艇能被打包进气动外壳并成功充气弹出。

我们女人想要回金星的很多理由和我们男人要回火星，或者去太阳系的任何其它地方一样，始于求知和探索的欲望。除了欧空局的金星快车轨道器这一显著的例外，太阳第二行星从 80 年代到现在一直被忽略着，尽管它又近又有科研潜力。Jones 说道，“HAVOC 将研究环境特征，不但是为了最终的载人任务，也是为了理解这个星球和它的演化、失控的温室效应、以及其它一切关于金星的有趣之处。”如果飞艇携带小型机器人着陆器，HAVOC 将能完成大多数 NASA 金星探索分析组二十年来推动的科研目标。

飞艇以 7200 米/秒的速度戳进大气层

“金星作为一个目的地有探索和殖民的价值，”Jones 说道，“但这也是当前火星任务的补充…有些回火星需要做的事情，在我们看来通过金星做会略容易。”举个栗子，回火星，或者去任何地月防卫圈以外的地方，我们将需要经历长期居留、气动减速和气动捕获、二氧化碳处理，诸如此类。Arney继续道：“如果你先来一发金星，就可以先行点开这些科技树，再送人回火星。或者说，这是一次回火星前的试跑。”

不论严肃地看待 HAVOC 这件事是有多么靠谱，NASA 需要大量的政策倾斜和领导关心才能在男人回火星前让女人回金星。但是该任务的总体概念、送女人回金星的重要性、或者最终人类在那里的云城长期云雨驻留的远景并不会因此就跪了。“如果有人视人类的未来为超越仅此一个地球，在所有的可能性里，金星也是排在火星后面第二个该去的星球。”Arney说道，“由于金星上层大气是相当宜居的目的地，我们觉得他能在人类的太空未来中扮演角色。”

[投稿 via IEEESpectrum]