如果用嫦5的原版,去火星取樣返回還差距多少?

嫦娥5號(hào)的月球取樣返回一氣呵成,可謂完美。隨后也宣布了從火星取樣返回的未來(lái)計(jì)劃。過(guò)去的月球取樣返回包括有人和無(wú)人模式,畢竟在四五十年前已經(jīng)做過(guò)。而火星采樣返回卻是實(shí)打?qū)嵉那盁o(wú)古人。如果能夠完成,那么將是全人類能力的一個(gè)新高度。那么能夠用嫦娥5號(hào)現(xiàn)成的技術(shù),甚至現(xiàn)成設(shè)備,能不能也完成火星采樣的任務(wù)?如果目前的技術(shù)還有差距,那么又差在哪里?其實(shí)月球和火星本身還是有很大的不同。月球再怎么說(shuō)只是地球的衛(wèi)星,是比地球低一個(gè)檔次的存在。地球和月球的起源可能有直接的“血緣”關(guān)系。而火星是和地球完全平級(jí)的太陽(yáng)系大行星。距離也在5500萬(wàn)到4億公里之外。火星的起源應(yīng)該和地球基本同時(shí),但是相互之間關(guān)系可能并不大。而且火星也是人類在太陽(yáng)系中最可能,

實(shí)現(xiàn)大規(guī)模殖民的外行星。因此火星取樣返回的意義更加重大。其實(shí)對(duì)外星取樣來(lái)說(shuō),5億公里之內(nèi)的距離并不是太大的問(wèn)題,距離遠(yuǎn)了只不過(guò)需要多飛行一段時(shí)間,通訊延遲也可以克服。而且地球和火星之間的太陽(yáng)輻射比較穩(wěn)定。輻射的熱量和光能仍然可以滿足攜帶太陽(yáng)帆板的遠(yuǎn)程探測(cè)器有足夠的電力工作。因此用于月球取樣的帶太陽(yáng)帆板的設(shè)備,在地球和火星之間仍然可以正常的使用。而取樣、封裝和打水漂返回的返回器也可以繼續(xù)使用。真正的差異,在于月球和火星的引力不同,導(dǎo)致脫離兩者引力的逃逸速度不同;再就是火星有大氣層,而月球沒(méi)有。因此軟著陸兩者的方式和脫離兩者的再起飛體的設(shè)計(jì)也要有所差異?;鹦堑闹睆讲凰阈?,基本是地球直徑的0.531倍。也就是火星直徑比半個(gè)地球稍大。

但是火星的密度不如地球,也許火星內(nèi)部缺乏較大的鐵核,因此火星的質(zhì)量居然只有地球的0.108倍。也就是幾乎只有地球的十分之一。因此火星的逃逸速度是5.02公里每秒,這個(gè)速度是月球逃逸速度2.4公里每秒的2倍還多,但是和地球入軌速度的7.9公里每秒和地球逃逸速度11.2公里每秒都小不少。人類目前制造的火箭,單級(jí)末端最高速度在7公里每秒以下。這個(gè)值,瀚海狼山(匈奴狼山)認(rèn)為說(shuō)明人類目前還造不出任何可以單級(jí)地球入軌的飛行器。但是單級(jí)火箭克服火星引力入軌對(duì)接,交接樣品后再開(kāi)機(jī)返回地球已經(jīng)足夠。這是一個(gè)好消息?;鹦沁€有稀薄的大氣層,這個(gè)問(wèn)題有利也有弊。好處是在火星軟著陸時(shí)可以用降落傘和氣囊,不必像軟著陸月球一樣完全靠不停開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)消耗燃料反推??梢怨?jié)約部分燃料。而弊端是從火星起飛的上升體必須設(shè)計(jì)成流線型,不能和月球起飛上升體一樣只要對(duì)稱外形就可以,因?yàn)榛鹦巧仙幸粋€(gè)高速下氣動(dòng)摩擦的問(wèn)題。

現(xiàn)在嫦娥5號(hào)奔月前的4器合體總重8.5噸以下。用來(lái)火星取樣返回恐怕燃料不夠,最主要在從降落火星取樣后上升這段。如果取樣總量還是幾公斤到十幾公斤的級(jí)別,那么需要從火星表面起飛后的上升體自重至少在3噸以上。那么從地球起飛時(shí)全部奔火體自重至少需要15噸左右,這需要2個(gè)嫦娥5號(hào)大小的飛行器。而胖5火箭的地火轉(zhuǎn)移發(fā)射能力最大不超過(guò)6.5噸,因此一次性發(fā)射必須還要推力更大的921大火箭。