电动深空发动机可以将人类送上火星

将宇航员送上火星面临着几个巨大的挑战，其中包括一个充满威胁生命的宇宙射线辐射和太阳耀斑的漫长旅程。更不用说我们还没想好怎么把他们找回来。

现在，欧洲研究人员正在通过开发更快的发动机、太阳预报和更好的屏蔽来解决这些问题。

根据欧洲航天局(ESA)的说法，太空中的辐射水平是地球上的15倍，所以宇航员在前往火星时要避免过度暴露，他们需要尽快到达那里。

法国国家太空中心的马松说:“如果使用传统的化学推进(氢和氧燃料)，这需要6个月的时间。”“如果反应堆足够强大，核动力推进(NEP)可以比其他方法更快地到达火星。”

NEP的工作原理是将核热能转化为电能，然后为推进系统提供动力。它是最有前途的太空探索技术之一，因为它具有成本效益，并且比传统的化学推进具有更高的燃料效率，这意味着不需要携带大量的火箭燃料。

然而，利用NEP到达火星还有一段路要走，因为这项技术仍处于早期阶段。马森正在从事欧盟资助的DEMOCRITOS项目，该项目旨在提高对新能源政策推进的科学理解，以便开发出演示器。

他说，使用核能为航天器提供动力是安全的，因为反应堆将被包含在一个保护壳中。这很可能是由石墨制成的，因为它的机械强度很高，能够承受高温。

由于它的燃油效率，nep驱动的航天器的重量容量比更低，这意味着即使与其他新兴的替代品(如太阳能电池)相比，也有更多的空间可用于为宇航员提供食物来源的科学仪器和植物。

这也将有助于解决载人火星任务中的一个主要挑战——返回家园。

推进

科学家们仍在研究如何确保航天器有足够的化学推进力从火星表面返回太空。一些解决方案是单独发送燃料或在火星上生成燃料，但最安全的选择是将返回的推进剂随身携带，这是NEP航天器可以做到的。

马森说:“用一艘宇宙飞船把人送上火星更有效、更安全。”“你可以很容易地让我们的(NEP)设计更大、更强大，技术上没有变化。”

虽然DEMOCRITOS还没有将这项技术发展到可以用于载人火星任务的程度，但欧洲科学基金会的项目协调员Emmanouil Detsis博士表示，这项技术可以为其他任务提供能力。

“NEP确实是唯一可行的方法，可以将重型航天器送到木星的外层卫星上。”

德国航空航天中心(DLR)的资深科学家弗兰克·詹森博士也参与了DEMOCRITOS的研究，他对此表示赞同。

“该项目是针对不同任务的技术研究。如果我们在本世纪30年代或更早的时候实现这个项目，它将与阿波罗任务或国际空间站相媲美。”

然而，即使有了更快的发动机，长时间的辐射暴露仍将对宇航员的健康构成严重威胁。

希腊雅典大学(University of Athens)空间辐射专家达格利斯(Ioannis a . Daglis)教授说，太阳高能粒子是任何前往任何地方的载人任务最头疼的问题。

太阳高能粒子是太阳表面突然爆发或太阳耀斑产生的强烈粒子辐射的涌流。它们在太空中奔跑的速度如此之快，以至于宇航员在它们的路径上被抓住几乎没有机会毫发无损地逃脱。

达格利斯说，我们需要能够预测太阳耀斑的发生和太阳高能粒子在行星际空间的传播，这样我们才能估计辐射水平。

太阳活动极小期

一种解决方案是在“太阳极小期”，即太阳11年活动周期中太阳耀斑不太频繁的时期，发射人类任务。

达格利斯教授说，我预计在下一次太阳活动极大期之后的几年，也就是2030年左右，就会有载人火星任务。他也是欧盟资助的地球辐射带模拟项目MAARBLE的项目协调员。

辐射带是围绕某些行星的粒子辐射增强的区域，如地球和木星，在行星磁场的影响下，高能带电粒子在那里聚集。

“我们对传送带结构和动力学的详细了解……帮助我们找到最好的路径和最好的时间来安全通过它。达格利斯教授说，阿波罗任务就是这样做的，其他行星际任务也会这样做。

在“太阳极小期”，前往火星的载人任务可能会经过地球辐射带中最安全的路径，但即便如此，太阳高能粒子的风险仍然存在。

达格利斯说，目前有几项正在进行的工作，但我们还无法预测太阳耀斑。

条目

在任务到达火星之前避免太阳耀斑将是一个巨大的解脱，但宇航员们现在还不会庆祝。

航天器以如此高的速度进入大气层，产生了“弓形激波”，这是一种弯曲的、静止的激波，可以加热接近1万摄氏度的气体，导致其壁材或隔热罩的危险程度退化。

也会有火星特有的影响。Thierry Magin博士领导了AEROSPACEPHYS项目，该项目由欧盟欧洲研究委员会资助，该项目模拟了行星大气层的进入，以确定航天器的隔热罩的需求。

他说:“在进入火星大气层的过程中，你会产生一氧化碳，这是一种强大的散热器。”

在比利时的von Karman流体动力学研究所，Magin博士正在帮助欧空局等组织开发隔热罩，通过创建一个模拟不同行星大气进入条件的测试环境，保护航天器免受巨大热量的影响。

“要解释所有这些进入大气层的现象是极其困难的，所以我们所做的是在我们的地面设施中部分地重现它们，”马金博士说。

其中包括一台等离子体发生器，这台机器可以重现不同行星的温度条件，因为不同的大气气体会导致不同的温度条件。

Magin博士结合了来自
等离子管“长枪”风洞测试了进入行星大气层时的空气动力。

令人惊讶的是，软木是最有希望制造火星隔热罩的材料之一。马金博士说:“我们研究了加州森林火灾后树木的特征，因为树皮的结构与宇宙飞船的隔热层非常相似。”“我们现在正与美国国家航空航天局一起，将我们的模拟工具应用于研究航天器。”