麻省理工學院科學家：從月球基地前往火星是最佳途徑 _神秘

麻省理工學院的Takuto Ishimatsu博士已經對兩種方案進行了比對，計算出各方案的出發質量
（報道）據騰訊太空（羅輯/編譯）：前往火星需要面對技術和非技術層面上的多種困難，比如地火轉移飛船就的出發質量目前仍然無法實現，我們還沒有足夠強大的火箭將大量有效載荷送入軌道。除了研發大推力火箭外，科學家還構想了使用月球基地作為跳板，前往火星的想法。來自麻省理工學院的科學家近日指出，火星任務可以采用月球基地方案，從月球上起飛，這項研究表明，月球基地方案能夠省去68%的出發質量，比如大量的燃料質量等。
研究小組還開發了一個模型，以確定前往火星的最佳路線，根據他們的計算，從地球上發射宇航員，但龐大的補給質量由月球基地提供，這樣屬于最優的途徑。月球表面的燃料生產設施從月球表面發射燃料補給裝置，之后與地球出發的宇航員艙結合，最終前往火星。麻省理工學院的航空航天工程系統教授奧利維爾認為，這個途徑與美國宇航局的方案不同，后者將各種補給貨物隨身攜帶，這樣就要消耗大量的額外燃料。
當然從目前仍然沒有月球基地的角度看，地球出發攜帶全部質量仍然是可行的，但長遠看來仍然以月球基地出發為最有方案。麻省理工學院的Takuto Ishimatsu博士已經對兩種方案進行了比對，計算出各方案的出發質量。美國宇航局此前成功的執行了阿波羅計劃，鑒于月球旅程僅為數天，因此飛船補給足夠宇航員使用。此后美國宇航局還推出了航天飛機補給計劃，為國際空間站提供長期貨物和人員輪轉。
前往火星的不同點在于任務周期很長，除了要儲備飛船燃料外，還要有足夠的零部件供應，不然飛船出現故障則沒有零部件更換。在宇航員的食物方面，科學家制定了新的數學模型，來研究深空飛行中需要的人體能量。研究表明建立空間資源生產基地是非常重要的，能夠成為火星之旅的中轉站，宇航員可以多次重復使用，我們的目標是建立火星永久基地，因此軌道工廠和月面基地將是配套工程。
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（報道）據騰訊太空（桂林/編譯）：二十年后人類登陸火星可能不必背著沉重的燃料罐出發。最近美國麻省理工學院的研究小組建議，地球上的小伙伴們先去月球“加油”再前往馬丁叔叔家更劃算。
先前各類月球探測器發回的數據表明，存在于某些環形山內的土壤與水冰可以被開采出來轉換為燃料。如果這項技術能在我們前往火星前實現，將會非常經濟。研究小組發現先去月球補充滿燃料再前往火星，將使最初發射質量降低68% ，而在地球每千克載荷的發射成本都非常昂貴！
這個研究小組為確定人類前往火星最經濟的路線建立了一個模型，假設可以利用月球上的資源并在月球建立生產設施。根據他們的計算，最經濟前往火星的方法是盡可能減少從地球發射的載荷質量，而大質量的載荷占據了以往太空探索開支的大頭。
他們發現最有效的路徑是先發射宇航員并攜帶只夠進入環地球軌道飛行的燃料，接著位于月球上的燃料工廠將從月面發射滿載的燃料罐進入地球軌道，隨后載人飛船對接燃料罐并前往附近的燃料站加滿再奔赴火星。
MIT航空航天與工程系統教授奧利弗·德·威克（Olivier de Weck）說，這種方法偏離了NASA從地球直接前往火星的路線。從地球出發，帶上一切載荷直接去火星是目前大多數人的想法。相比較迂回先去月球的思路，宇航局的方法更簡單直接。但以一個長遠的眼光來看，繞道月球“加油”從成本上更容易長期負擔得起，因為你不必從地球出發就要帶上所有行李。
小組的研究結果發表在了《航天器與火箭》雜志上，它是基于卓人·石松（Takuto Ishimatsu）的博士論文，他目前是麻省理工學院的博士后。
一個長遠的策略
以往太空項目的補給方法有兩種：一種是定期的對宇航員與飛船進行資源補給，比如現在的國際空間站；另一種是一次性裝載完再出發，比如阿波羅登月工程。
但是未來二三十年，載人太空飛行將由近地軌道拓展至遠離地球的深空，這兩種補給都將是不可持續的。由于載人深空項目預算的限制，而且目的地通常離地球非常遙遠，一個精心規劃的深空物資補給戰略便成了當務之急。
研究小組提出了“原位資源利用(in-situ resource utilization)”的補給策略，這將使未來火星甚至太陽系內更遙遠目的地的載人太空活動受益。在未來太陽系內行星際的太空飛行中，燃料、水、氧氣等資源的補給將利用沿途的星球生產，不再依賴地球的運輸補給。
例如目前在月球和火星發現的水冰資源，不但可以被用來飲用；也可以電解成氫氣和氧氣，成為火箭燃料；氧氣還可用于宇航員的維生系統提供呼吸。在木星軌道以內，幾乎無窮無盡的太陽能可提供生產這些材料的能源。
奧利弗說：“太陽系內大小天體的資源完全可以利用，這一點毋庸置疑。假如你可以提取利用它們，你會做什么？但是之前沒人重視這個問題。”
2020年前后將迎來載人登月50周年，而SLS火箭第二次任務就是將宇航員
建立太空物流網絡
為了驗證在太空部署設施生產燃料對載人火星任務有益，石松建立了一系列的物流模型：包括攜帶全部物資的直飛火星，甚至在飛行沿途建立多個補給點。該模型的目標是最大限度地減少從地球發射的載荷質量，這其中包括發射部署在太空生產燃料的設備質量。
該模型內貨物與商品的運轉，比如燃料，會在太空中有一個網絡供應鏈。石松建立了數學模型去改進常規的物流模式，新的模型更適合長期太空任務的復雜場景，并考慮到特定太空任務的條件限制。
這個模型假定了未來的場景，燃料可以在月球生產并運輸出來；另一方面，在地月拉格朗日點建立燃料庫，讓其穩定在太空固定位置上。給定一個任務目標，如一系列重量的限制，模型將確定最佳的補給路線，同時符合基本的物理學約束。
石松稱研究證明了在太空部署資源生產設施的重要性。他強調，這樣的設施對第一次載人火星任務可能沒必要，但是在太空建立資源補給網絡可以讓人類能夠以可持續的方式前往火星。
“我們最終的目標是在火星建立自給自足，永久性的人類定居點。但同樣重要的是，我們需要在太空建立一條補給通道，能夠讓我們以更經濟實惠的方式進行地球與火星之間的行星際旅行。”石松說。
【麻省理工學院科學家：從月球基地前往火星是最佳途徑】“優化的研究結果證明：月球將在未來我們可持續地來往地球與火星之間發揮重要作用。雖然此前人們提到過它，但這是第一次有權威論文用數學的方法告訴我們為什么這個是最經濟的方法。”奧利弗說。