加里·乔丹(主持人)：休斯顿，我们有一个播客。欢迎收看NASA约翰逊航天中心的官方播客，第151集，《与火星会合》。我是加里·乔丹，今天我将主持你们的节目。在这个播客中，我们请来了专家、科学家、工程师和宇航员，让你了解人类航天世界正在发生的事情。我们将继续我们的火星月度系列节目，采访帕特里克·柴博士，他谦虚地要求被称为弗吉尼亚州兰利研究中心的航空航天工程师，但大多数人会称他为火箭科学家。帕特里克详细讲述了登上火星所面临的挑战和需求。从地球到火星的旅程将是漫长的，大约需要九个月的时间。随之而来的是一系列的挑战，一些复杂的轨道力学，以及一系列考虑推进、持续时间、计时、分级等因素的选择。是的，多亏了过去的探测器和火星车，我们已经登上了火星，但人类的着陆将是前所未有的。运输的规模必须大得多。有了人类，你可以到达火星的路线就会受到限制。听起来是个简单的考虑。是的，当然会有人类，但这让事情变得更加困难。所有人和船上的人都系好安全带去红色星球。我们开始吧。如何与帕特里克·柴会合火星的挑战和选择范围。好好享受吧。主持人：帕特里克，非常感谢你来到休斯顿，我们今天有一个播客节目。蔡铭超：谢谢你邀请我。主持人：这是一个非常有趣和复杂的讨论，我们将就如何真正到达火星展开讨论。所以，我可能会有点偏离正轨。你必须以正确的方式指引我去火星。告诉我你的背景，是什么让你走上了这条你正在考虑火星会合的道路？Patrick Chai：嗯，我在NASA工作的时间不长。我从2014年秋天开始工作。我也是兰利的研究生，为不同的加油选择做一些系统分析。所以，我是一名研究生。所以，我在佐治亚理工学院获得了博士学位。佐治亚理工学院在兰利与国家航空航天研究所有一个项目，研究生可以，你知道，在兰利现场与人们一起做研究。因此，某种程度上吸引了我做系统分析。这就是我最终在我所在的分部申请工作的原因，这是一个太空任务分析分部。当我在那里开始的时候，那是一项巨大的努力，定义了当时被称为可进化火星运动的内容，这是奥巴马总统灵活路径定义的一部分，你知道，去小行星，你知道，有多条路径去--人类去火星。所以，我开始做大量的轨迹工作--为可进化火星运动做定义，你知道，如何定义所有不同的任务机会，以及如果我们有不同的有效载荷，需要多少推进剂等等。因此，这就演变成了我成为那里轨迹分析团队的领导者--所有关于火星的事情，现在我在NASA兰利领导火星综合小组。但我仍然想做轨迹工作，因为这是最重要的。这就是我喜欢做的激动人心的事情。领导团队是伟大的，但这就像那些诅咒之一，你知道，你晋升到管理层，他们不再让你做令人兴奋的工作[笑声]。主持人：你必须代表，代表--Patrick Chai：是的，没错。这很难，伙计。学习如何授权是一件很难做的事情。主持人：是的，尤其是当你想做的时候--Patrick Chai：没错。主持人：你想把你的手弄脏。蔡铭超：是的。主持人：那么，你提到了，你在描述你正在思考的事情时，提到了一些不同的事情。你在想系统，你在想轨迹，当你在想我们如何到达火星时，你在考虑这些不同的元素是什么？Patrick Chai：那么，你知道，我们在这里想的是什么。总是，你知道，把宇航员送到正确的火星。所以，我们有--我们有一个推进元件，你知道，你需要某种推进元件来获得，你知道，你的机组人员往返火星的权利，以及你需要运送的有效载荷。所以，通常情况下，你有一个，你知道，非常传统的化学阶段，所以，你知道，你有，你知道，有点像一个普通的火箭。你知道，你知道，燃料和氧化剂，你知道，它们进入燃烧室，燃烧，然后你把它们从喷嘴中排出，这就是你推动事物的方式。对吗？对于火星，你要么推动宇航员居住的深空栖息地，要么推动有效载荷，也就是我们所说的货物，这是你需要在火星表面着陆的着陆器。主持人：好的，所以--所以你在考虑能量，真正到达火星所需的能量类型--PA特里克·柴：是的。主持人：以及你将与这种能量相关联的东西。Patrick Chai：是的，所以，你知道，对于集成的堆栈，你有你的推进元件，你有一个有效载荷，你必须能够得到--所有这些东西在轨道上放在一起，然后你把它送到火星，不仅你要把它送到火星，它也必须有足够的能量让你回来。所以，你可以考虑一枚大火箭，你知道，作为参考，就像你从卡纳维拉尔角发射的大型火箭，你知道，这是非常短的距离--相对于我们需要去火星的地方。所以，你可以想象它一路到达火星所需要的能量，这是相当重要的。主持人：是的。那么，当你在想--我们现在谈论的是系统层面，我们谈论的是你真正需要建造什么才能到达火星--有什么不同？当你加入人的因素时，有什么不同？Patrick Chai：所以，当你加入人的因素时，它是不同的，对吗？所以，如果你想想，你知道，我们送到火星上的东西，所有的火星车之类的，你知道，这些系统是有生命周期的，对吧。但你知道，这是电子设备，它是由电池或太阳能电池板或其他东西供电的，他们可以走一条更慢的路线去火星，这更节能，对吧。当你有机组人员在船上时，你会有其他的考虑，因为，你知道，如果你在太空呆的时间更长，那就意味着你必须带更多的食物，这意味着你必须带--你必须为机组人员提供更大的空间，你必须为机组人员配备锻炼器材。所以，这实际上意味着你有更多的有效载荷，你有更多的质量，你必须推动--你推动更多的东西--我们称之为火箭方程式的专制。这是一个指数关系。所以，你加一个，你知道，你加一公斤或一磅的有效载荷。它不相当于一磅推进剂。你知道，这是一个非常非常大的数额。因此，它可以非常快地积累起来。所以，对于人类的任务来说，这对--对于机器人来说也是如此，你知道，这一切都是为了尽可能减少有效载荷的质量。你知道，喷气推进实验室正在向火星发射的这些火星车，我的意思是，它们非常苗条，尽管它们非常结实，非常可靠。但他们总是在寻找不同的方法来做，你知道，制造和制造这些部件来最大限度地减轻重量，因为在太空中重量决定一切。主持人：是的。是的，所以我想，也许这可能是一个荒谬的问题，但是想着让更大的系统到达火星会改变你的轨道或你如何到达那里的可能性吗？Patrick Chai：嗯，这并没有真正改变轨迹。主持人：好的。Patrick Chai：也许有一点，但它改变了你思考如何到达那个轨道的方式。所以，到目前为止，我们向火星发送的所有东西，你都在想这些，基本上是你的传统火箭，你知道的。而这些，你知道，我们用它们变得更有效率，但它们非常，我不会说是初级的，但这些系统，你知道，我们已经使用了几十年，对吧。他们在能源效率方面有其局限性，你知道的，我们称之为特定冲动--它所能传递的冲动。具体地说，我们将测量从相同数量的推进剂中可以获得的能量。所以，你的爆炸性冲动越高，你的系统效率就越高。所以，你看到的传统火箭可能，你知道，300到400秒，一个特定的脉冲，然后有一个完整的，你知道，推导方程。我不知道为什么他们--以秒为单位--但它不在方程式中。但对于传统的化学物质，你看到的是300到400秒的特定脉冲。而且，你知道，开始考虑一些其他的，你知道，像太阳能电力推进系统或核电推进系统这样的较低推力和较高能量的推进系统，可以让你达到3000到4000秒的比冲--增加十倍。这样做的缺点是，你最终不得不延长你在太空中的持续时间，因为你知道，它自然是一个较低的推力推进系统。所以，这一直是一场战斗，你有--你有一个低推力和一个高推力系统。一个高推力系统，你知道，是一个非常大的踢你出来，你可以做一点--另一个踢在某种程度上放慢你在火星的速度。这是相对较快的。低推力，你有点--就像推，你知道，持续更长的时间，但最终它为你节省了大量的推进剂。而且--如果你的有效载荷质量显著增加，它也会更坚固。这远不止这些强劲的能够吸收部分增长，所以。主持人：哦，好的，所以你会考虑很多不同的因素。蔡铭超：是的。而且--实际上我们在过去的三四年里一直在努力的实际上是把这两个人结合起来。我们一直在研究我们所说的混合动力推进系统。这是一种--它有两个组成部分。它有一个高推力和一个低推力系统。所以，当你靠近行星时，你可以使用高推力--行星实际上是最有效的。而且--你知道，因为你--你必须，你知道，无论如何，你--你有一段很长的时间去火星，然后再回来。所以，你不妨利用这段时间来做一些冲刺和机动动作。我们已经--我们发现我们一直在分析的系统有一些优点也有一些缺点，但这就是为什么这一切--这很重要，我认为，从我们--我们总是从我们的--分支机构，系统分析--分析的角度来看，这是很重要的。我们必须能够理解系统的行为。特别是在不确定和不断变化的要求下，以便了解您实际选择的是什么。你不能只是说，哦，因为我们有这个非常非常小的优化的点设计，我们要选择这个--这个推进选项。嗯，如果你的设计有一点变化，你知道，你有多敏感--你的系统对这种变化有多敏感，我们需要在做出决定之前更好地理解这一切--在我们能够做出真正明智的决定之前。主持人：所以，我的意思是，混合方法听起来非常合理，因为你正在考虑--灵活性，当谈到空间飞行时，灵活性自然会带来质量。现在你说的是两种不同的推进系统。Patrick Chai：是的，实际上，这是一种--是的，你知道，就质量而言，它实际上更小。它更多地是在复杂性方面。主持人：有意思。Patrick Chai：就质量而言，就像，你知道，在相同的有效载荷和推进系统的情况下，这取决于你飞行的轨迹。化学物质将是最重的，然后整个[电力推进]EP UP将是最轻的。但是，你知道，你也会用它来交换时间，对吗？你知道，大火箭会让你最快地到达那里，但慢船电力推进会慢得多。所以，我们正在尝试，你知道--比如说，我们有一些行星探测器在那里飞行，使用电力推进，然后他们在这方面做得非常成功。但是，你知道，这些东西需要很多年才能到达它们要去的地方。所以，这对行星探测器来说是件好事，你知道，因为他们并不真正关心，你知道，只要他们到达那里，做他们需要做的科学，需要多长时间才能到达那里。但当你有船员在船上时，你不能真的把这作为考虑因素，对吗？因为你必须--你不能只是说，哦，我们要，你知道，我们要花三年时间才能单程到达火星，对吧。这是--你知道，这是不可能的，因为你必须带的所有食物和所有东西。除非我们能想出冷冻人的方法，我想[笑]。这将是一场不同的比赛[笑声]。主持人：哇。我的意思是，这--这是关键因素之一，我们正在讨论将人类送上火星。而这--你--其中一个要求是--就是速度。蔡铭超：是的。主持人：你需要更快地到达那里。Patrick Chai：是的，你需要在一段合理的时间内到达那里，在你所有的消耗品和类似的东西用完之前，对吗？或者你不得不带太多东西，以至于你从来没有开始过。正确的。主持人：是的。Patrick Chai：所以这一直是一个挑战，对吗？因为你--你知道，在探索的时候，我总是用克里斯托弗·哥伦布横渡大西洋的比喻，对吧。当他们离开时，他们--有--没有想到他们会有任何形式的，你知道，停工之类的事情，你知道，在航行中，对吧。主持人：是的。Patrick Chai：所以，他们希望，你知道，祈祷他们能一路到达他们要去的地方，并获得补给，所以他们计划--不管他们计划航行多久。而且，你知道，至少--对我们来说好消息是，至少我们知道我们在哪里--我们的目的地，而不是航行到未知的地方。但是，你知道，给你一些背景，我的意思是，哥伦布航行在，你知道，14世纪末。他们到达了--我想他们第一次离开西班牙海岸就到达了巴哈马。你知道，这相当于他们在大约30天内跨越大西洋，行程6500公里。如果--如果你用他们旅行的距离，你知道，如果你--如果你说，好的，这是你知道的，从地球到火星的距离。月球是人类去过的最远的地方，距离海岸只有2.5英里。主持人：哦。Patrick Chai：所以，给你一些规模[笑声]。因此，在所有人类存在的情况下，我们距离西班牙海岸只有2.5英里。主持人：哇。Patrick Chai：我们正试图跨越大西洋进入新世界。主持人：是的。Patrick Chai：并试图为此做好计划。然后--所以--这就给了你那种规模。我认为人们认为，哦，是的，我们--你知道，我们--因为我们发射了探测器，你知道，这应该很容易，但这根本不是因为它是--我认为从根本上说--最具挑战性的事情之一。这就是为什么我们一直在研究它--从阿波罗时代开始，对吧。因为这是一个极具挑战性的问题。主持人：那么，告诉我更多关于什么--当谈到轨道力学的时候，它有什么挑战性--你的机会是如何受到限制的，你知道，你是如何不能真正扭转局面的。Patrick Chai：是的，所以我们，你知道，很大程度上受制于，你知道，机械和重力，你知道，我很努力，你知道，只是和我的家人之类的人交谈，像我做的事情，让他们理解这一点并不容易。所以，我喜欢用--火车的比喻，你知道，想象一下，你有--你知道，微型火车或大型火车--我真的不想知道你想玩什么。但是，你知道，地球和火星绕着太阳转，就像在铁轨上一样，你知道，圆形或椭圆形的铁轨，对吧。所以，它在旋转，但它们的移动速度不同。对吗？所以，你从一个人到另一个人的目标是--你站在一条铁轨上--在火车上，你知道，随着火车移动，你试图把一个鸡蛋扔到另一列火车上，让它落在另一列火车上，而不会打破它。对吗？所以--所以这就是全部--不仅仅是你必须有足够的能量来扔它。你还必须有足够的能量让它慢下来，这样，当它降落到火车上时，它不会，你知道，只是飞溅，对吧。这有点像是对你，你知道，它需要什么的基本类比。所以，你可以想一想，你知道，想象一下，如果火车在圆圈的两端，对吗？你知道，他们并不同步，对吧？主持人：是的。Patrick Chai：你不能，你知道--你可以，只是需要更多的能量来投掷和--你知道，然后减速，对吧。所以你--你--基本上我们在火星上做的就是任务机会，我们在等待火车把自己调整到适当的，你知道，适当的方向，让我们最大限度地利用我们的火车的速度，最大限度地提高速度，你知道，当你知道，你知道，火星火车到达时。主持人：是的，你想要做的就是限制你扔鸡蛋的力度。Patrick Chai：是的，你--你必须在那里抛出多大的难度，你必须限制你在--当你到达火星时--你必须反击的力度。我记得看到过--流言终结者做了一个很棒的视频，他们把一门大炮绑在一辆卡车的后面，然后他们以每小时50英里的速度驾驶它，他们从后面发射大炮，大炮就像是掉在了地上。主持人：我看过那个。嗯。Patrick Chai：你基本上是在火星上这样做，对吗？因为你想要保持相同的相对速度。因为与火星相比，你的速度很快，对吧？你必须发动引擎，你知道，发射火箭，发射你的大炮，以另一种方式减速并降落在火星上。所以你也想要最小化它，因为这就是我们所说的，速度的变化。这就决定了你需要多少推进剂。这决定了你的--你的推进系统必须有多大的推力和大小，以及所有这些，它就像滚雪球一样滚雪球进入这个巨大的飞行器，你必须带着它去火星。所以，你知道，最小化这是我们的目标，对吗？这就是为什么我们有非常--这些--我们所说的连接式轨迹，它将能量最小化。主持人：好的，那么这些机会多久会出现一次？Patrick Chai：通常情况下，地球/火星会合周期大约为26个月，所以每26个月左右，你就会得到这样的机会之一。这就是为什么，你知道，对于喷气推进实验室，他们的火星车，他们每两年左右就会发射一次。所以，这一次，我们的火星2020即将在今年到来，上一次发射是在2018年。所以这就是我们的循环。每隔26个月左右，我们就会有这样的机会。主持人：现在，你有没有必要在这个节目中加入什么因素？呃，你正在寻找这些机会，因为人类将在这辆车上，而你将不得不在某个时候返回？Patrick Chai：嗯，是的，这总是--这一直是个诀窍，对吗？人们总是想，你知道，哦，单行道，对。不，我们有，你知道，这是--这是往返。那么，回到火车的比喻上来。你知道，一旦你到达火星，你，你知道，为了把回家的能量降到最低，你必须再次等待火车回到正确的路线，让你回家。因此，通常情况下，连接式的全往返任务，平均需要180到260天，可能长达300天，你知道的，到火星的过境时间。你在火星表面停留或停留300到500天，等待地球重新排列，然后你以同样低的最低能量轨道回家。所以是的，所以你有一个完整的往返大约三年是典型的，非常非常典型的。现在，随着技术的不同，高推力和低推力，持续时间确实会有一些波动。但通常情况下，你会看到总共900到1100天，我们称之为离开地球的时间，因为你知道，当你按下离开地球的按钮时，这几天就开始计算了。主持人：是的。Patrick Chai：宇航员可能需要花更多的时间在地球附近，你知道，他们必须发射，他们必须进入宇宙飞船。在他们还没来得及这么做之前就把所有东西都检查过了。所以，你必须退回到更远的地方，才能获得所有的宇航员在太空的总时间，这可能会比--比整个火星任务多一点--可能多100天--多一点。有些机会、任务机会稍短一些，有些则更长，因为地球和火星的轨道并不是完美地绕着太阳转。所以，它们在--在远处--确实有变化。所以，有些需要更长一点的时间，有些更快--有时甚至更快。所以，是的，有很多--有很多东西，只是有很大的变异性，而且--我们必须--我们必须考虑到这一点。因为我们已经--我们已经--我们进入了一些，你知道，坏兔子洞，哦，你知道，这个任务机会真的，真的很容易。让我们来设计一下吧。如果你这样做了，如果你错过了，你就再也不能去了，或者你20年内都不能去了。主持人：你必须有一些灵活性--Patrick Chai：是的。一点儿没错。主持人：设计你的系统是为了满足这些不同的--Patrick Chai：是的。而我们需要强调的一件事是，我们需要对我们的设计保持稳健，因为我们明白，无论我们的计划是什么，总会有延误的风险，比如进度延误。主持人：是的。Patrick Chai：而且--我们需要对此保持坚定。这是一个挑战，对吗？因为你已经在设计--设计一个系统，你知道，处于性能的边缘，你试图让系统的一切都发挥出来，你--你已经可以，如果你试图在其中加入健壮性，你知道，这--这是一个挑战，因为它最终真的越来越大，超过了它所需要的--你知道，它总是，你知道，在每个系统分析，甚至航空航天--实际上不只是航空航天，而是一般的工程，有关于健壮性和最优化的辩论，对吧。你知道，优化，你知道，非常，非常，你知道，你知道--能够对某些东西进行优化，而不是对变化保持健壮，然后--战斗总是持续的，所以。主持人：是的，因为优化等于效率，但健壮性等于可靠性。蔡铭超：对。是啊，就是这样。所以，你知道--这是有平衡的。你不能，你知道，在任何一种方式上全力以赴。正确的。因此，是的，你知道，从理论上讲，你可以设计一种飞行器来飞行每一次任务机会。但这是不现实的，对吧？因为你不会最终--你会对每一个机会都是如此不优化，以至于你最终得到的系统不一定从其他编程角度来看是关闭的。主持人：真是个挑战。哦，我的天哪。蔡铭超：是的。主持人：现在，发射机会呢，你知道，发射失误时有发生。蔡铭超：对。主持人：这只是航天飞行的常规部分。蔡铭超：是的。所以--所以--这是我们谈到的另一个挑战，你知道，我们谈了一点关于你需要考虑的额外时间，对吧。所以，你知道，如果你知道你的--你的发射--你的地球起飞日期，对，确定，你知道，为了最大限度地利用你的任务机会，你会计划发射延迟，对吗？因此，与其说，好的，宇航员将在地球出发日期前三天发射，你将不得不发射--你将不得不计划在那之前一个月，两个月发射你的宇航员，这样一来，如果这个错误，你可以有--我们有--我们机构的一些人在发射可靠性方面做了一些了不起的工作，他们做了一些很好的分析，你知道，你知道，为了达到99%的可能性，你必须回到过去，计算出你需要多少--多少天--发射--你需要计划多少天。基本上就是发射窗口。主持人：是的。Patrick Chai：所以，这和说去国际空间站或者阿波罗计划有点不同，你知道，有点延误，你可以--你知道，月球的周期只有28天，对吗？所以，如果你错过了这个神奇的机会--你等了一个月，主持人：你等了一个月？蔡铭超：你不是要等28个月，或者26个月，对吧？所以，是的，你必须在这件事上表现得很健壮。但这是有限度的，对吗？因为你不想说，好吧，我们提前六个月发射了我们的机组人员，他们坐在轨道上等待机会离开。主持人：对。蔡铭超：对。这是--这是不切实际的。所以，这是--这又是优化和稳健的对比，这是风险和你想要的风险--想要正确。你的--第99%的概率够好吗？是第90号吗？是第70号吗？我不知道，对吧？你知道，这对工程师和项目经理来说都是一个挑战，他们要了解风险，了解我们在哪里可以吸收风险，在哪里我们不能。主持人：是的。所以，你正在做的是--你正在考虑这个--这是一种广泛的可能性。你在想我们得多早发射？宇航员在近地轨道停留多久，直到他们接受火星注射燃烧并前往火星，这是合理的吗？蔡铭超：对。主持人：什么是合理的？我们可以考虑哪些推进技术，以及在这种设计中考虑哪些因素？你只是在考虑这整件事。Patrick Chai：是的，这是一个--这是一个整合的系统和活动外观，对吧。这是--这比仅仅做系统的个人设计更重要。而另一个，你知道的，又扔给你一把扳手[笑声]。你知道，你在轨道上等待的时间越长，你的系统退化得越多，你--你可能有低温的推进剂--或者低温，所以它们可能会沸腾。所以你必须达到顶峰，有一大堆的讨论，这就是为什么有一些关于不同轨道的讨论，你知道，在不同的轨道上你做你的-做你的集合，不同的轨道你的会合和诸如此类的事情，所以它不是--LEO，更低的--LEO--低地球轨道是很好的，因为你可以从运载火箭的角度向它扔很多东西，因为它更低。但对于航天器来说，这是一个长期停留的糟糕环境，特别是大型航天器。从热角度来看，地球的热环境相当恶劣--从热学的角度来看，从地球上反射出来的辐射并不是很好，但它也是大量的轨道碎片，因为那里有所有的东西，所以发生这种情况的可能性更高。好处是你仍然处于辐射中--在辐射带中，所以你被屏蔽了。所以--有一个交易，你知道，如果你想去更高的轨道，这有时是我们的偏好，因为你可以离开热环境，你可以看到--整个碎片环境，但是--但是--你要承受你系统的一些辐射的打击。但好处是，由于我们正在设计一个前往火星的系统，所有的系统都必须进行辐射额定和保护，所以这不是一个大问题，除了太阳能电池板，它在辐射环境中确实会退化。所以，你不希望它在辐射环境中停留太长时间，否则它会降解，从而无法产生足够的电力。主持人：那么，我们正在考虑的一些更高的轨道在哪里？Patrick Chai：所以，我们一直在谈论围绕月球的轨道--是的，围绕月球的轨道。荣誉计划是你知道的，与Gateway HAD一起，在一个近乎直线的围绕月球的光晕轨道上。我们有这些拉格朗日点，很多人都很有兴趣去理解，而这些点到底是什么，你可以从重力的角度来思考，你知道，地球和月球在引力系统中相互拉扯。因此，拉格朗日点只是地球/月球系统中的点，即地球和月球之间的重力相对相等。所以，你并不是真的被地球所吸引，你是--你被地球和月球所吸引的程度大致相等。所以这些是--这些都是有趣的地方，因为我这是--你知道，一旦你进入这些点，你知道，很容易摆脱它们。所以，你知道，如果你有一堆东西堆放在那里，它不需要花费很多能量--再次离开那个轨道去其他地方。所以这对我们聚集了很多--很多东西是很好的，因为，你知道，过去几年我们一直在研究的是，我们总是假设我们会把我们所有的元素和组件发射到那个，你知道，有点像，我们称之为环月轨道，月球轨道，只是为了通用，因为我们还没有真正选择我们想要进入的特定轨道。它可以是与Gateway相同的一个，这样我们就可以与该计划产生一些协同效应。主持人：对。Patrick Chai：但我们在那里聚集了所有的东西。但在离开地球之前，你不会真的想离开那个特定的轨道。因为你做了--主持人：拉格朗日线性--Patrick Chai：是的。主持人：--轨道？好的。Patrick Chai：你不会想--你知道，你可以离开那些拉格朗日轨道，但你已经--如果你离开地球轨道，你知道，你会从地球引力中获得更多的好处，或者地球轨道。所以，基本上，你想要做的是，你想回来，在你离开的路上绕着地球转一转，这样做会更有效率。因此，假设我们总是回到一个高地球轨道。我们把月球距离称为高地球轨道。所以，这是一个很大很大的轨道，从地球而来--当它离开时--所以轨道总是由近地点和远地点定义的，离主体最近的近地点和最远的距离。所以，你的近地点离地球很近，但你的远地点实际上在月球的距离。所以，我们的很多轨迹--我们实际上已经做了很多分析，建立了很多非常复杂的轨迹--关于我们如何离开地球。以尽量减少我们所需的能量。对吗？通常，你知道，当你做你的--我们称之为跨火星喷射燃烧--为火星燃烧，你经过地球，你发射你的--你的火箭发动机，你燃烧得非常厉害，你--你踢出去，这很棒，它很快，但它需要大量的能量，需要大量的推进剂。所以，我们--你知道，在设计我们的混合式低推力和大推力组合式推进系统时，我们试图将我们必须做的化学烧伤降到最低。所以，我们会设计出这些非常复杂的轨迹，我们回到这个更高的地球轨道，在那里最远点在月球的距离，我们分阶段进行，这样在机组人员登上航天器后，我们瞄准月球，我们做一次月球飞越--这就把我们踢到了日心空间。主持人：哦，有意思。柴智英：这就给了我们足够的能量走出去。而这--这只对混合动力车有效--因为从技术上讲，一旦你被月球抛出，你还没有足够的能量到达火星。但在低推力的情况下，你可以利用你在太空中的时间来推进，并不断地不断推进，越来越努力地追赶火星。主持人：好的，所以这个月球弹弓只有在你有高能量--太阳能电力推进的情况下才能起作用。Patrick Chai：是的，电力推进。主持人：给你额外的动力。蔡铭超：是的。所以，因为--是的，或者，你知道，这个轨道，如果你只是绕着月球弹弓，你没有更多的推力，你最终会以有点像--也许一年后，你再次回到地球上。但是，你--你在地球轨道区域做了一次小小的旅行--但你不--是的，你不--你不会去任何特别的地方--特别的，所以。主持人：是的，所以--这提出了一个很好的观点。比方说，无论出于什么原因，你做了火星或月球弹弓，但你的太阳能电力推进并不起作用。现在，你得向后挥杆。你要在太空待上一年。蔡铭超：是的。是啊，这一直是个挑战。主持人：对。Patrick Chai：嗯，你知道，有一句话是不引用的，“放弃。”我认为人们，你知道，就像，你知道，不是他们的错。就像，当人们说，放弃，你知道，每个人都很清楚那是什么，对吗？因为我们有所有这些流产的场景，就像，你知道，哦，你很快就会回家，诸如此类的事情。但是，是的，伙计，当你在日心空间的时候--事情没有那么简单。这是--而且这--这需要很大的能量来--转过身来，燃烧回家。对于你的--就像是低推力，你只需做一个月球重力辅助。让我们假设你的情景，你的电力推进系统就是坏了，什么也做不了。这样做的好处是，你仍然拥有化学推进系统。所以，你可以从理论上伊利--你不是--你是--就你的整体能量而言，你离地球并不远。我们还没有真正做过分析，以了解你能多快恢复。这真的，真的取决于你正在观察的特定日期的轨道，诸如此类的事情。但我们确实在高推力方面做了一些分析，你知道，在你做完大烧伤后，你-你知道，我想在那些情况下，哦，如果一个船员有一些问题需要回家，怎么--有什么选择，对吗？而且，老实说，这是相当有限的，即使你知道，这是--人们吹捧核热推进系统的好处之一--它有点像--它有点像化学物质，但不是在推进剂中燃烧--你可以使用核反应堆来加热燃料并将其膨胀。因此，它具有更高的比冲。但你必须携带一个核反应堆，它有自己的挑战。但他们谈到这些流产的情况是因为--因为它具有化学系统所没有的效率，但你知道，一旦你踢出，特别是那些高推力弹道，你就会有更高的能量。所以，为了让你转过身来烧回这个--烧回地球，这不是一次直射，你知道，这不像我，你知道，掉头回家。没有--没有--真的需要掉头。你几乎必须燃烧足够多的燃料才能飞过--你真的离太阳很近，然后回来，回到地球--再次回到地球，这--这可能需要你知道，一年左右，或者六个月。取决于烧伤发生的时间，所以我们一直面临的挑战是，当这种类型的问题出现时，我想，在什么情况下，你的机组人员的健康状况，你知道，你知道，完整的，你知道，你知道，火星任务三年的往返是不可接受的，但六个月，一年的返程是可以接受的，对吗？什么--你在想什么情景？因为，你知道，我总是说，我不知道会是什么情况，对吧。主持人：是的。Patrick Chai：所以--这就是我认为的--进行这种讨论是很重要的。因为我们需要了解这些问题是从哪里来的，以及人们对所有这些和理解的担忧，比如他们想要保护的情景，这又回到了风险问题上，对吗？如果我们想要在某些情况下提供保护，我们可以运行分析以显示成本，然后由决策者来权衡成本效益分析。说，我们到底想不想为这一次提供保护？这种情况实际发生的可能性有多大？而且--我们从系统分析的角度需要展示，你知道，好的，如果你想保护这个风险，这里是影响和如何--你知道，系统变化如何影响其他相关的系统，对吧。主持人：是的。这回到了你正在思考的问题上，这是一种广泛的可能性。想想推进技术，当你在考虑可能的轨迹或轨道力学时，如何设计一个任务轮廓，无论它有多长。这是一个，你知道，他们都是值得讨论的。但我认为我们--真正归根结底是火星任务是有风险的，你知道，就像--Patrick Chai：是的，绝对是。主持人：你不能让它没有风险。蔡铭超：是的，绝对是这样。主持人：那太棒了，但事情并不是这样的。蔡铭超：是的。就像去跳伞一样，对吧。主持人：是的。Patrick Chai：这里面有一些固有的风险，你无法消除所有的风险，对吗？所以，我们可以坐在这里谈论，你知道--和工程设计系统，尽可能地无风险，但它不会是零风险，对吗？我的意思是，从本质上讲，登上火箭并进入太空可能是你知道的最危险的部分--可能是整个努力中最危险的部分之一。对吗？因此，在某种程度上，我们--我们将--我们必须愿意承担风险，对吧。我认为我们作为一个机构面临的挑战之一，特别是当涉及到火星计划时，首先是--它是如此具有挑战性，对吧，我们已经确定了它有多难。因此，我们需要就风险、成本、进度和程序学等问题进行艰难的讨论。但--但这--这也是双重挑战，因为它总是那么遥远，看起来像是。主持人：是的。蔡铭超：对吧？现在很难做出决定，这些艰难的决定可能要到10年或15年后才会产生影响。主持人：让我们来谈谈月球到火星的事情。我们--我们现在正在努力的东西。蔡铭超：是的。主持人：你已经提到了一些关于Artemis计划的内容，以及我们可以了解到的关于近直线光晕轨道和Gateway所需的一些技术。当涉及到这些推进技术，以及我们正在思考的月球如何帮助我们到达火星时，这将有助于提供什么信息？Patrick Chai：是的，从推进的角度来看，我的意思是，这是一个好处，对，你知道，对于-你知道，我们一直在看的--潜艇凸轮混合动力是，我们计划用于火星运输的电力推进推进器--也计划在Gateway上使用。正确的。因此，这其中存在一些协同效应。而且，你知道，显然，开发周期会有一些挑战，因为功率水平完全不同，对吗？但是，你知道，你可以画一棵小小的家谱回到那个--那个特殊的设计上。我认为阿耳特弥斯计划的重要之处在于，私人--私人--公共合作伙伴关系如何，你知道，就在我们眼前展开。我认为建立这样的框架--作为Artemis项目的一部分--对于这个公私合作伙伴关系，了解我们如何利用这个行业--在私营部门--正在发生的许多事情，可以真正地提供信息，并真正推动我们如何思考如何设计任务，以及思考我们如何采购或利用所有正在发生的事情，显然，你知道，私营行业的目标与政府和NASA想要做的事情截然不同。我们想要探索，我们想要，你知道，扩展我们的知识--真正推动和推动技术边界。因此，这一部分是--必须是我们--努力计划的最前线。我想我们就是。但我认为，就推动政府可能不感兴趣的领域的创新而言，该行业也非常有益，因为他们对简化制造过程、提高设计周期的效率以及他们的系统在测试方式上的健壮性非常感兴趣。主持人：所以，我们可以从商业运作方式中学到很多东西--Patrick Chai：是的。主持人：实施商业伙伴关系。Patrick Chai：是的，你知道，与他们正在做的许多事情有协同作用，并利用他们正在做的一些事情--杠杆--只是--只是对话，只是了解他们是如何做他们的，你知道的，商业模式，如果你想称之为商业模式，以及我们如何从中学习，对，改变我们做测试和开发的方式等等。你知道，在所有行业，特别是在科技行业，你知道，你需要有这样的突破和这些行业的突破，你知道，时刻，对，并在某种程度上把我们从我们所处的这种自满中赶走。而且，你知道，在某种程度上，我们必须做出决定，是的，我们--我们想要去火星，我们想要能够做某些事情，我们只需要，你知道，推动它。主持人：是的。所以，我觉得在创新，你知道，尝试新事物和以某种方式做事之间有一种平衡，也许传统确实有某种优先的好处。蔡铭超：是的。主持人：它告诉我们什么是可能的，因为--Patrick Chai：只要我们从我们的历史中吸取教训，我们，你知道，我们从我们所犯的错误中吸取教训，对吧。你知道，我每天都在与此作斗争，你知道，确保我以这种方式思考，是因为我得到了数据和--我得到了--良好的声音分析的信息，还是我，你知道，我倾向于这样，因为我，你知道，对系统的固有偏见或固有看法或先入为主的观念。对吗？主持人：是的。Patrick Chai：这场斗争--你知道，是--在各个层面上都是真实的。这是我们必须非常清楚的事情。主持人：是的。所以，当你想和团队成员一起解决这些问题时，找到一种有效思考的方法，确保你正在考虑所有这些不同的事情，但不会被这些决定太纠结，这本身就是一种平衡，不仅仅是设计这些轨迹和思考这些系统，而是就如何继续进行达成共识。蔡铭超：是的，绝对是这样。而且，你知道，这是很好的，你知道，我们的分支机构，你知道，每一年左右，我们会有一两个新员工，我们有一群实习生。所以，当他们带着新的观点进来时，总是很棒的。他们没有陷入泥潭，你知道，做这些轨迹或分析之类的事情。所以，他们进来说，“等等，你为什么要这么做？”然后我们说，“是啊，我们为什么要那样做呢？”我们需要这个，对吧？因为，你知道，你不想最终--在一种环境中，你知道，新来的人，你知道，你知道，你--他们被期望符合你的标准。你希望他们带着新鲜的思想、批判性的观点进来，为我们提供一个不同的视角。我认为，这是我们拥有的最有价值的东西，特别是在NASA，因为我们臭名昭著，人们想来NASA工作，这是一件伟大的事情。我们需要继续招聘，我们需要留住这些人和年轻人，并真正让他们参与进来，不仅是在学校，你知道，在此之前。因此，我认为我们所做的很多公众宣传活动都是极其重要的。我认为NASA仍然是最受追捧的东西之一。人们会说，哦，你在NASA工作？太让人吃惊了。而且--事实就是如此。你知道，我每天都很高兴能去上班。而且--我们需要那种热情，你知道，继续下去--来这里的人，你知道，他们很聪明。你需要--确保我们正在做正确的事情和事情--做一些事情，你知道的，让他们感觉他们有能力改变现状。主持人：是的。所以想想我们今天所讨论的，考虑到与火星会合的困难，以及我们正在考虑的不同技术，接触那些想来NASA工作并--为创新而战，为改变事情的方式而战--的人，你想向他们传递什么信息？Patrick Chai：这是--你知道，这是一个非常令人兴奋的时刻，对吧，因为--因为我们现在有整个月球/火星计划，荣誉计划正在启动，我们将--你知道，去月球表面--做一些非常令人兴奋的科学研究，目标是永远去火星。因此，我们正在开发的这些系统以及与行业合作伙伴共同开发的这些系统将为我们在火星所做的事情奠定基础，对吧。因此，对我们来说，不仅要完成登月任务，而且要非常非常清楚地认识到，这些都是铺垫的垫脚石。所以，我们需要尽可能多地学习，就像我们做这些事情一样，来告知我们计划做的所有事情，你知道，当我们建造一艘前往火星的航天器时，对吧。所以，我认为这对NASA来说是一个非常令人兴奋的时刻。主持人：嗯，这是一个激动人心的时刻。而未来是--令人兴奋的，因为我认为每一年都会--又近了一步。蔡铭超：是的。而且--你知道，就像我说的，我认为在整个播客中，这是一个具有挑战性的问题，它可能是--人类最大的挑战之一，你知道，我认为如果有意愿，你知道，我毫不怀疑我们可以实现它。但这是一个挑战，我们有一些地球上最聪明的人试图解决这个问题。而且，你知道，这是一件伟大的事情，这是--这是一件，你知道，我认为这将是对全人类非常有益的事情。这是其中之一，你知道，你想想人们都在谈论什么，你知道，除了把人送上太空，NASA还做了什么？我们做这些创新，我们必须开发，这样我们才能把人送上火星。它们将对我们的社会产生长期的影响。我们可能要到几年后才知道这是什么，但它会的。从公关的角度来看，这是一种挑战，对吗？你知道吗，你知道，把人送上火星要花费X美元。那么，这是什么，你知道，我们可以在地球上花这笔钱，但就像，你不知道你会从中得到什么。但我们知道这将会产生影响，因为我们有--我们有记录--所有从NASA技术衍生出来的伟大东西，你知道，这些东西来自月球计划和空间站计划。对吗？就其挑战性而言，火星计划将是一个指数级的计划，对吗？我们现在距离西班牙海岸只有2.5英里。我们要一路跑到美国，对吗？因此，他们将--无论我们在解决方案和技术进步方面提出什么，我认为社会都将发生变化。主持人：是的。嗯，我很高兴你在团队里考虑这个问题[笑声]。并期待着带来其他人来继续它。一切都很顺利--这是一项伟大的工作。这是一次令人着迷的对话。帕特里克，非常感谢你能来。蔡铭超：非常感谢你邀请我。是啊，太棒了。主持人：太棒了。主持人：嘿，谢谢你在我身边逗留。我们与杰出的火箭科学家帕特里克·柴进行了非常有趣的对话。我希望你一直喜欢这些火星月刊的一些剧集。我们从米歇尔·拉克开始，仅仅是一般的概念和真正勾勒出火星任务的轮廓。然后我们和杰森·德莱斯一起探索了一些“科幻小说中的概念”。Patrick Chai带我们进入第三个月。我希望你能留下来，我们还有更多的剧集要送你去。同样，我们将在每个月的第一个星期五做这件事。所以，敬请关注即将播出的部分剧集。如果你喜欢这一集，或者《休斯顿我们有一个播客》的其他许多火星月刊集，你可以在NASA.gov/podcast上找到它们，你也可以查看我们的其他一些集，你真的不需要按任何特定的顺序收听它们。这些都在NASA.gov/podcast上--以及我们整个机构拥有的许多其他播客。如果你想在休斯顿与我们交谈我们有一个播客，你可以在NASA约翰逊航天中心的Facebook、Twitter和Instagram页面上找到我们。只要在你最喜欢的平台上使用#AskNASA的标签就可以提交你的节目想法。一定要在休斯顿提到我们，我们有一个播客。本期节目录制于2020年2月4日。感谢亚历克斯·佩里曼、帕特·瑞安、诺拉·莫兰、贝琳达·普利多、詹妮弗·埃尔南德斯和米歇尔·拉克。再次感谢Patrick Chai抽出时间做客节目。无论你在什么平台上收听我们的节目，请给我们一个评级和一些反馈，并告诉我们我们做得如何。我们会在下周回来。