SpaceX 星舰未来
SpaceX 星舰未来科普 - 去火星上打工怎么选黄道吉日？
"TO MAKE LIFE MULTIPLANETARY"
SpaceX实现多星文明的宏伟目标后，必然会出现多星牛马。Matt Damon 在电影《火星救援》里，成为第一个在火星上过年的牛马：一共呆了 500个火星日。
今天频道写个短科普：假设大家也要出发去火星打工一年，大概要吸收多少辐射量，我们应该怎么挑选出行日子。
#希沃特 sievert
首先要科普一个概念：希沃特 sievert
结合 iWiki总结一下：
希沃特是用来衡量对生物组织的影响程度的、为受辐射等效生物当量的单位：Sv。1Sv = 1000mSv = 1000000µSv。一般用mSv/年或µSv/h来衡量辐射水平，辐射水平*辐射时间=辐射剂量。根据国际放射防护委员会制定的标准，身体每接受1 Sv的辐射剂量，会增加0.0165的致癌几率，辐射总危险度为0.0165/Sv。
辐射在日常很常见，地球上普通人一年受到的累计辐射平均值为2.4mSv（一半是空气中的氡、0.4mSv 来自宇宙射线，0.03mSv 来自食物中摄入等等。做1次胸部CT检查大概为 6.9mSv，做1次全身CT检查大概为10-20mSv，即做一次全身 CT 检查会增加万分之几的患癌概率。鉴于此，NASA对宇航员累计辐射剂量做长期跟踪，对不同年龄辐射量上限做了明确规定。
但也不能只看累计辐射量，如果瞬间辐射水平过高，比如超过250 mSv（福岛核泄漏事件水平）就会对身体造成不可见的伤害；如果瞬间接受超过6 Sv，死亡率几乎100%。
#我们去火星干活会收到多少辐射
了解 Sv的概念很重要，因为我们从离开地球、和马特达蒙一样在火星上加班打工 18个月、返回地球，都要接受不同程度宇宙射线GCR（Galactic Cosmic Radiation）辐射。
结合 NASA的数据：
1、从地球飞往火星的耗时 6个月，180d，每天约为 1.75mSv-2.2mSv 辐射水平
2、和马特达蒙一样在火星上干活 18个月，500d，火星表面约为 0.64～0.72 mSv/d 辐射水平
3、从火星返程地球的耗时 6 个月，180d，每天约为 1.75mSv-2.2mSv 辐射水平
最大辐射剂量=2.2*360mSv+0.72*500mSv=1.16 Sv，大约是在地球打工一年受到辐射的 480倍。
这组数据不是乱猜的，而是结合 NASA 和好奇号检测到的辐射数据估算出来的，上面我特意按辐射最大值来做了估算（下面有讲原因）：
NASA自己的计算：
#上面这组数字有什么特别的地方
细心的同学会留意到，上述辐射水平始终是一个范围。为什么它不是精确解？
根本原因在于一个变量：太阳的活动周期 Solar Cycles
Solar Cycles一个周期有 22 年，有两种状态：
1 Solar Maximum，此时太阳非常活跃
2 Solar Minimum，此时太阳比较不活跃
Solar Cycles使得太阳系中也是有「天气」的，当太阳处于 Solar Maximum 时，宇宙射线辐射最小；当太阳处于 Solar Minimum时，宇宙辐射最强。这个比较反直觉，难道不是太阳越活跃，辐射越大吗？
回应这个问题，需要分析一下太阳活跃对宇宙射线的影响：
1 当太阳处于Solar Minumum，太阳比较不活跃，太阳射线/太阳风比较弱，宇宙射线对太阳系范围内影响最强；
 
2 当太阳处于Solar Maximum，太阳非常活跃，有强烈的太阳风挂向太阳系，会削弱宇宙射线 GCR 的影响，此时宇宙射线辐射最弱；
在两个不同阶段，太阳表面太阳黑子的数量差异非常大：
完整太阳 Solar Cycle 过程：
1 当太阳处于 Solar Minimum 阶段，太阳表面的活跃度较低，并逐渐转向 Solar Maximum 阶段；
 
2 当太阳处于 Solar Maximum 阶段，太阳处于最活跃的时期，并逐渐转向 Solar Minimum 阶段，这个时候太阳磁场（magnetic field）方向开始翻转；
 
3  由阶段2 的 Maximum 开始，磁极反转一段时间后，太阳重新回到Minimum阶段。虽然此时和阶段1一样处于 Solar Minimum，但它的磁极方向和阶段1时是刚好反过来的，1->3历时 11 年，半个周期；
 
4 继续，太阳又从 Solar Minimum 转向 Solar Maximum。同样，经历Maximum时太阳磁场（magnetic field）再次进行一次磁极方向翻转；
 
5 当阶段4磁极反转一段时间后，太阳重新到达 Solar Minimum阶段，此时太阳的磁极状态和阶段1的时候是一样的。
6 到此时，太阳经历了一个完整的 Solar Cycle，历时 22 年；
（可以想象一下太阳里也有一个和地球类似的磁极，不断的翻转，但太阳的磁极实际上并不是地球这样的）
#怎么挑选去火星打工的黄道吉日
从上面这个分析可以很快得出一个结论：挑选太阳处于 Solar Maximum 的窗口期去火星，这样在飞行去火星、在火星上干活受到的辐射最小。
那么现在是 2025年 4 月 8 日，什么时间窗口最合适？
2025 年太阳刚好处于 Solar Maximum小周期，是不是这个时候出发最合适？相对而言，这是一个不错的时机，但还不是最好的。
之所以说2025年不是最优的，因为还有一个因素要考虑，就是从地球发射时，要选择能满足最近距离的时间窗口。火星和地球存在一个会合周期：火星和地球每隔780天左右，会有一次会合，此时两颗行星的距离最短，这个窗口期也叫火星冲日，分大冲小冲。
查了一下在2025年1月已经出现过一次火星冲日，那么我们只能等下次。按照780天这个周期来算，预计下个火星会合周期窗口是在2026年11月-2027年1月。
这里还要考虑到地球飞往火星的航行时间，这个时间主要是由轨道设计和航天器速度决定的。地球飞往火星的轨道设计，采用的是霍曼转移轨道 Hohmann Transfer Orbit，这个轨道和火星会合周期结合在一起，能以最低能量和距离抵达火星：
霍曼转移轨道应用到地球-火星任务时：
发射：
经过霍曼转移轨道，在火星会合周期抵达火星：
接下来推算最佳发射窗口：
1 选择 Solar Maximum周期，2025年-2028年
2 下个火星冲日窗口是在2026年11月-2027年1月
3 航天器通过霍曼转移轨道，航行大概6个月以最短距离抵达火星
结合这三个条件来看，近期去火星打工的最佳日期是：2026年6月。
Elon Musk会不会选择这个窗口呢？
2025-04-08
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