外星降落：怎样登陆一个陌生的星球

来源于：AIR & SPACE MAGAZINE

发文：Ralph Lorenz

汉语翻译：任天

怎样登录一个生疏的星体？

古时候的冒险家中地图创作者通常用深海怪物跟龙来弥补航海图上不明的地区，与此相近，今日人们的探测仪在探寻别的星体时，也遭遇着诸多不明的风险，有一些是真正的，也有一些是想像的。在宇宙探索的初期环节，美国国家航空航天局（NASA）曾一度担忧阿波罗号登月舱很有可能会像陷入流沙一样，沉在月球浮尘当中。伴随着前去别的星体的探测仪愈来愈多，大家对太阳系行星的掌握也愈来愈深层次，所遭遇的潜在性威协好像也越来越更为难以置信，例如木卫二上极大的冰棘，及其土卫六上令人震惊的浪涛。

现阶段生物学家对别的星体的表层和空气情况并不彻底掌握，难以乃至不太可能在试验室开展拷贝。运用化学实验室的大行星生物学家花了接近 30 年時间，尝试预测分析这种自然环境标准很有可能产生的风险，便于为穿越重生太阳系行星的探测仪在设计方案和运作上出示维护。即便 我们知道一些大行星的自然环境很极致（这实际上有点儿分歧，由于假如早已了解得话，大家也有必需再派探测仪以往吗？），而且很合适在地球资源中对探测仪的硬件配置开展检测（一般大家不清楚准确的工作压力和溫度，作用力标准也难以配对），针对大部分新项目来讲，時间和钱财的成本费也都十分高。

因而，大家务必掌握难题的关键层面。有一些风险性的确必须事前开展检测，但别的难题也许能够根据剖析或对比来清除。并且，因为很多风险性全是只有主观性认知的，因而在每日任务中创建自信心通常在沟通交流上是一种挑戰 —— 与其说一门科学研究，不如说是是一种造型艺术。在外星探索中，有一些风险性是真正存有且难以避免的，人们务必接纳这一点。

自动驾驶的勘察者 3 号登月舱。勘察者方案的检测結果清除了大家对月球表层很有可能像流砂一样淹没登月舱的忧虑

深陷月球浮尘？

1961 年，特朗普总统罗伯特・密特朗公布英国将在这个十年完毕前将人们送上月球。但要保证这一点，最先务必测算出月球登月舱的支撑点脚应当有多大。月海（月球上较为低洼地的平原区）的表层很有可能遮盖着一层很厚的微细浮尘，很有可能承担不上登月舱的净重，反倒会像流砂一样，使登月舱彻底下移，没留一丝印痕。

地理学家在观查了月球上的高山和陨坑以后，发觉这类状况难以发生。学者对月球表层在白天黑夜周期时间中的迅速制冷全过程开展了精确测量，发觉月表最表层一部分最少有毫米的薄厚呈“膨松”情况。这一客观事实说明，这类忧虑很有可能遭受了超过应该有水平的关心。多年以后，航天飞机室内设计师考德威尔・罗伯特想起有一次大会，技术工程师凯里欧文・梅纳德最终气愤地公布：月球一定就和俄亥俄州一样！沒有别的状况。大家就设计制作一个像那样的起落架。

幸运的是，在强仕每日任务以前的一系列没有人登月舱每日任务，即月球勘察者方案，为强仕登月舱的设计方案出示了确保。月球表层并不会将宇宙飞船和航天员淹没，早已设计方案好的强仕登月舱起落架也明确能够应用。

1976 年，火花艰险的地貌让美国国家航空航天局的每日任务规划者十分烦恼，她们迫不得已借助低分辨率的路轨图象来为海盗号宇宙飞船挑选安全性的着陆点

海盗号方案（Viking program）在挑选火花着陆点时也关键考虑到到风险的地貌。该方案由2个航天飞机（海盜 1 号和海盜 2 号）构成，分别都包含路轨器和登月舱。路轨器送回的图象使 NASA 生物学家可以近距调查潜在性的着陆点。最开始，海盜 1 号方案于 1976 年 7 月 4 日火星登陆（它乃至具备一个独特的美国建国 200 周年纪念的留念标示）。殊不知，伴随着地理学家根据路轨器观查到愈来愈多的火花园林景观，依据屏幕分辨率较低的初期每日任务图象所挑选的地址就看起来愈来愈恐怖。她们见到，这种地址好像是凹凸不平的，或是被很厚的碎石子遮盖。但是，海盗号路轨器的分辩率也仅有 100 米，因而只有见到很大的地貌特征。

NASA 决策应用一项新的技术性：雷达探测。从地球上发送到火花的无线通信数据信号在火星表面反射面回家产生的图象说明，火星表面的表面粗糙度在光波长范畴（约 10 公分）以内，这与降落安全性关联重特大。假如登月舱跨过一块直徑仅有 50 公分的岩层，它的腹腔很有可能便会被挤压成型到；或是，假如恰好一个支撑点脚落在一块这么大的岩层上，登月舱的歪斜很有可能便会防碍发掘试品，或使其无线天线不可以偏向恰当的方位。

殊不知，承担接受这种数据信息的人是机电工程师，她们用数学术语来叙述这种发觉，而数学术语在地理学家来看既模糊不清又生疏，因而雷达探测数据信息很有可能沒有获得应该有的高度重视。实际上，即便 能对全部数据信息开展最细腻的综合分析，也只有得到某类猜想。幸运的是，海盜 1 号在美国建国 200 周年日 16 天之后（1976 年 7 月 20 日）安全着陆。海盜 2 号于当初 9 月 3 日夜安全着陆，虽然它的一个坐垫落入了一块岩层上（海盜 1 号的照片表明，一块能毁坏登月舱的岩层就在多少米开内）。

卡西尼号宇宙飞船用其雷达探测仪器设备制作了土卫六北极圈的地形图，转化成了土卫六湖水的伪数字图像。科学研究工作人员根据实体模型测算出这种甲烷气体深海中波浪纹的尺寸，为向丽姬亚海发送探测仪做准备

月球洞窟将是人们的下一个佳园？

月球的洞窟不但在科学上很难以置信，他们还可能是未来人的佳园。

登录月球后大家会发觉月球上是存有洞窟的。大家对月球洞窟的掌握还很少，但现阶段所把握的信息内容早已足够使他们变成将来外太空福特探险者的总体目标。实际上，月球洞窟有朝一日很可能会变成人们的家。他们能够为月球住户出示避难所，以避开很有可能导致损害的极端自然环境标准。一些学者乃至早已在逐渐整体规划在月球上找寻适合定居地址的冒险每日任务。

美国夏威夷的 Nāhuku-Thurston 溶岩管

假如挑选定居在月球洞窟中，那大家最好是对他们有充足的掌握。地球上的很多洞窟是因腐蚀而产生的，而这在沒有气体和流水的月球上是不太可能的。学者早已确认，月球洞窟是由火山活动造成的。当热熔岩喷涌到溫度较低的表层时，其外界最先制冷；当熔岩流的外界发硬时，內部能够持续保持熔融状态。除此之外，炙热的溶岩也会在周边的岩层中产生管路。不论是哪一种方法，当剩下的溶岩外流后，会留有一条空心的安全通道。生物学家将这类洞窟为“溶岩管”。溶岩管是溶岩洞的一种，我们可以在地球上许多地区寻找这类地形地貌，例如冰岛、济州岛和东非大裂谷等。大部分溶岩管都仅有一两千米长，但也是有充分必要条件，例如美国夏威夷莫纳罗亚活火山西南坡的卡祖穆拉（Kazumura）洞窟，最少有 65 千米长，有一些地区的总宽超出 20 米。加拿大北卡罗来纳州的 Udara 溶岩管的长短超出 100 千米。

月球的溶岩管很有可能会使地球上较大的溶岩管大相径庭。月球溶岩管的直徑可以达到 4.8 千米，足够容下全部曼哈顿岛。但是，即便 在强仕任务完成半世纪后，生物学家依然不太掌握月球溶岩管的功效。在 20 新世纪 70 时代，大家作出了一些看起来很有依据的猜想，但他们关键根据对月球化学物质的落伍了解。即便如此，几十年来大家一直在引入这种数据。

强仕 15 号所拍攝的蜿蜒曲折月溪

多亏了“辉夜号”（Kaguya）号月球航天器，专家才找到更不容置疑的直接证据。这是一个不规律的长方形探测仪，宣布名字为“月球科学研究与工程项目探测仪”（SELENE），由日本宇宙空间航空公司开发设计组织于 2007 年发送起飞，目地是精确测量月球的引力场并观查其表层。在观察月球历史悠久的马利厄斯丘陵地形时，辉夜号的一台监控摄像头拍攝到一个不寻常的孔洞，其尺寸和一架空客 747 飞机场非常。

月球历史悠久的马利厄斯丘陵地形有一个不寻常的孔洞，其尺寸和一架空客 747 飞机场非常，它很可能是一个溶岩管系统软件的“全景天窗”

殊不知，现阶段生物学家都还没见到月球溶岩管的內部图象，在此之前，她们还没法下一切结论。他们有多大、有多久、有多广，大家都没清晰。殊不知，虽然掌握很少，但深层次这种洞窟并多方面运用的念头却早已有之。运用月球溶岩管做为人们住所的定义并不新鮮，最少在 20 新世纪 80 时代就已存有，而这也是专家一开始就要想找寻溶岩管的关键缘故之一。

2019 年，探寻月球洞窟的勤奋忽然往前推动了一大步。有 5 个科学研究工作组向欧州室内空间局（ESA）推送了探寻方案，期待用不一样的方式 —— 包含绑绳探测车、设备蜜蜂、作用力检测仪等 —— 来处理以上难题。现阶段，欧州室内空间局早已将 5 个计划方案降低为 2 个。在已经开展的一项更高級的科学研究中，2组科学研究工作人员将在同一项每日任务的各自进行不一样层面的工作中。

DAEDALUS 号球型探测车的想像图

自然，人们要想探寻的不仅是月球洞窟。终究，溶岩管并不限于月球。相近的洞窟很有可能存有于水星、木卫一及其别的一切具备相近地球上溶岩的星体上。火花毫无疑问存有溶岩管，他们也曾被建议做为人们的居所。这种洞窟乃至可能是火星生命的庇护所。实际上，这颗红色星球恰好是 BRAILLE 新项目的最终目标。

土卫六的浪涛

卡西尼 – 惠更斯号是一架前去木星系统软件的室内空间探测器，也是由 NASA 和欧州室内空间局（ESA）协作开展的每日任务。该每日任务由两一部分构成：围绕木星的卡西尼号和登录土卫六的惠更斯号。2005 年 1 月 14 日，惠更斯号在土卫六降落并传到数据信息，变成第一个在外太阳系星体进行登录的探测器。

卡西尼 – 惠更斯号表明了土卫六是一个由液体甲烷气体构成的湖水和深海的全球。2010 年又明确提出了一项事后每日任务：将一艘太空舱撒落到土卫六的北极圈水域 —— 直径大约 400 千米的丽姬亚海（Ligeia Mare）。卡西尼号早已拍攝了这片水域的全地貌清楚地形图。

这一落入丽姬亚海的太空舱事实上是一个浮标，它会伴随着流水日风飞过这片液体甲烷气体深海，用声纳精确测量其成份和深层，并纪录气温数据信息，以掌握这种奇特的空气和深海怎样相互影响。一般来讲，航天飞机技术工程师对声纳并不太熟，但幸运的是，部门管理这一新项目的约翰霍普金斯运用化学实验室以寻找许多声纳权威专家。

该太空舱将立即将数据信息传到地球上，这仅有在土卫六北半球地图的夏天才有可能完成，那时候太阳和地球都是在黎明时分之上，从丽姬亚海上方就能见到。这就必须一个中小型无线天线，在太空舱在浪涛中左右晃动时，一直锁住着地球上。这在基本原理上并不十分困难：豪华游轮出示通讯卫星卫星信号时也会采用相近的技术性。但假如要完成灵便的无线天线偏向，最先必须评定太空舱的挪动速率，而这就规定了解波的尺寸和周期时间。

第一步，自然是可能风力，罗伯特・圣路易斯大学运用化学实验室的生物学家早已拥有土卫六大气环流的电子计算机实体模型。单独实体模型出示的数据信息很有可能不足精确，但科学研究工作人员剖析了 4 个单独的实体模型。虽然这种实体模型在时节時间和风频上各有不同，但最少在风力范畴上是一致的，较大风力为每秒钟 1 米。

随后是均值风力与均值浪高的关联。在这儿，必须对地球上的工作经验关联多方面调整。比如，土卫六的地球大气层比地球上的空气的密度更高，因而更非常容易造成波浪纹。可是，土卫六的作用力又比地球上更小，在作用力较低的状况下，波浪纹会越来越更高，但在一定规格下，波的挪动速率会变慢。充分考虑这种要素，科学研究工作人员明确，风力为每秒钟 1 米时的均值浪高将是中等水平的 0.2 米。但并不是全部波浪纹全是同样经营规模的，来源于不一样方位的波浪纹会任意累加，造成某类统计分析遍布。比如，很有可能有千分之一的波浪纹是均值高宽比的二倍。因为预估的每日任务时间 6 个土卫六日（等同于 90 个地球上日，约 200 万只波周期时间），因而统计分析测算说明，有 99% 的掌握不容易碰到比平均大 4 倍的波浪纹。

这一切之中还有一个有意思的小问题，太空舱会像很多动力装置一样，具备一个典型性的摆动周期时间。这代表着，最槽糕的摆动视角和速率事实上与最強的风不相干。虽然大风会造成更高的波，但大中型波浪纹的速率比较慢；相反，中等水平抗压强度的风造成的波浪纹周期时间较短，虽然其震幅较小，但他们会与太空舱健身运动造成共震，造成 更高的摆动。根据这一剖析，科学研究工作人员明确了太空舱无线天线必须多快的转为速率才可以与地球上保持联络。

最后，NASA 挑选了洞察号每日任务来科学研究火花的内部构造，而沒有挑选用“浮标”来探寻土卫六的深海。不很巧的是，假如探测器在 21 新世纪 20 时代末抵达土卫六得话，其北半球地图的夏天可能完毕，到时候也就不太可能从丽姬亚海立即与地球上通讯了。

2026 年，NASA 将运行“蜻蜒号”（Dragonfly）每日任务，逐渐重回土卫六。能够相见，一架八翼直升飞机在另一个星体上的航行可能遭遇许多挑戰，每日任务精英团队必须井然有序地解决很有可能发生的各种各样风险性，例如流砂、雷电和尘暴，并明确每一种风险性的概率和不良影响。

由哥伦布号探测器得到 的雷达探测图象表明了金星埃尔法区高原地区的三维立体大特写。将来的每日任务规划者不但要解决金星的繁杂地貌，也要解决其极端化高溫 —— 初期的“先行者金星方案”就曾遭受这一难题

金星的高溫

达芬奇14号（DaVinci）是一架拟议中的探测器，目地是精确测量金星的空气，并在着陆时拍攝金星表面的图象。英国最后一次（也是唯一一次）抵达金星表面的每日任务是 1978 年的“先行者金星方案”，该每日任务由一个路轨四轴飞行器和四个探测器构成，进入了炼狱一样的金星地球大气层最深处。虽然探测器整体上运作优良，但在降低全过程中，他们的外界感应器（尤其是温度感应器）都是在同一高宽比 —— 约 12 千米处 —— 神密失效。那时候生物学家对于此事有多种多样猜想，包含可能是某类方式的充放电，但针对距离数千公里的探测器而言，这类危害好像是不大可能会这般偶然。

在先行者金星方案的 12 年之后，NASA 总算举办了一次讨论会，以梳理该每日任务中产生的一切。从零散发布的会议纪要看来，虽然用以感应器走线的聚丙烯腈胶布在检测中表明出能承受金星空气高溫工作能力，但 Kynar 收拢管也被用于结构加固一些路线连接头。当这一根管道被加温到 600K（327 ℃）之上时，会释放出来腐蚀的氟化氢汽体，进攻聚丙烯腈胶布，从而造成 感应器短路故障。可以说，是一个看起来没害的改善导致了出乎意料的缺点。对原材料的谨慎挑选将防止这个问题。实际上，前苏联维加 2 号（VEGA-2）探测器的感应器在 1985 年登录金星时就承受住了磨练。

在澳大利亚安第斯山查南托高原地区上，被称作“忏悔者”的融凝冰柱大概有 2.1 米多。这类构造很有可能也存有于木卫二上，也许会对从地球上发送的登月舱造成威胁

木卫二 —— 致命性的冰矛

科学研究工作人员觉得，木星冰凉的通讯卫星木卫二有一个深约 100 千米的国际性深海，其上边遮盖着 15 千米厚的冰面。虽然尚不清楚性命是不是会在那样的自然环境中发生，但概率是存有的。那麼，现阶段对木卫二表面的掌握是不是足够设计方案出一个登月舱呢？从伽利略号探测器得到 的图象表明了木卫二艰险的表面，但这种图象只遮盖了这一星体的一小部分。因而，科学研究工作人员迫不得已再度思索木卫二表面园林景观的产生全过程，及其在其中隐匿的风险。

挥发和冷疑的全过程既能够在真空泵中产生，例如在木卫二的表面，还可以在空气中产生，并将冰从表面的日晒地区迁移到较冷的地区。平整表面的凹痕会因冰的运送而加重，因而地球上的冰河常常产生一种“杯状”表面。这一全过程有时候会发展趋势到完美，在安第斯山的一些地区，会产生 4 米半高的恐怖的融凝冰柱，好似冰矛。这种构造被称作“忏悔者”（penitent），由于看上去很像星期者悔恨时戴的乳白色兜帽。对太空飞船设计师而言，这类地形地貌真是便是一场恶梦。

“像冰上一样光滑”的叫法并不适感用以木卫二。该星体被冰面遮盖的一部分地貌被觉得早已裂开，并“飘流”到新的部位

木卫二固体冰挥发的数学分析模型说明，虽然理论上能够产生融凝冰柱，但并不代表着他们确实会产生。并且，假如确实产生了融凝冰柱，他们会占有木卫二的是多少表面，是不是足够对登月舱造成威胁？使我们从另一个视角来思索这个问题：地球上的一些地址能够产生融凝冰柱，但外星飞碟的设计师会把他们考虑到进来吗？或许雷达探测能够协助处理这个问题，由于锥型的硬刺能够合理地根据数次反射面消化吸收动能，如同用以声学材料检测的隔声罩墙面。NASA 定为 2024 年发送的“欧罗巴快艇”（Europa Clipper）每日任务将根据一系列机器设备来探寻木卫二，其雷达探测精确测量数据信息和别的数据信息将有利于一劳永逸地处理这个问题。

但就现阶段来讲，月球是大家的下一个总体目标。月球的溶岩管最深处仍然维持神密，但伴随着時间的变化，他们正越来越愈来愈贴近实际。

在探寻别的星体的全过程中，每日任务规划者最担忧的就是不明的潜在性风险。她们的每日任务是将使用价值数十亿美元的太空飞船送到上百万千米外的外星球全球，在这里以前，搞清楚什么自然环境标准会产生多少的风险性，应当怎样解决这种风险性，全是不可或缺的关键工作中。