火星之旅

弭璐

到2040年代，人類肯定已經(jīng)登上了火星，沒有什么能夠阻擋人類的腳步。你不相信嗎？《All About Space》雜志了解到相關(guān)研究正在以驚人的速度發(fā)展，這使得登上火星將不再只是夢想。

“六塊拼圖”踏上火星

在探索宇宙方面，我們已經(jīng)到了只能前進(jìn)不能后退的地步。NASA（美國國家航空和宇宙航行局）在這個項目上早已投資了數(shù)十億美元：他們建造、測試了能夠?qū)w行員送上太空再帶回地球的宇宙飛船，并進(jìn)行了試飛。運(yùn)載飛船的火箭已經(jīng)完成了一半，能夠保護(hù)飛行員成功抵達(dá)火星表面的防熱罩已經(jīng)經(jīng)過了論證，飛行員要穿著的太空服也已經(jīng)被研制出來了，飛行員將穿著這身衣服踏上火星的第一步。毫無疑問，這一次我們會真的踏上火星。人類會在接下來的四十年中邁出這一步，并且沒有什么能夠阻止這件事情發(fā)生了。

當(dāng)然，也有一些其他的宇航局開始加入進(jìn)來。ESA（歐洲航天局）已經(jīng)在為美國宇航局提供幫助了，而像俄羅斯這樣的其他宇航局則最遲可能到2028年國際空間站退役之后，才會參與到項目中來。一些國家已經(jīng)采取或計劃對火星實(shí)施不載人任務(wù)了，這些任務(wù)將為最終的載人任務(wù)提供寶貴的數(shù)據(jù)和資料。除了官方的努力以外，私人太空探險也在崛起，尤其是馬斯克的SpaceX太空探險技術(shù)公司，該公司曾經(jīng)宣稱將把人類送到火星。Orion（獵戶座飛船）已經(jīng)于2014年12月5日發(fā)射，它不只是美國宇航局回歸載人航天領(lǐng)域的一個證明，也是將人類送上火星的偉大征程的第一步，是對人類發(fā)展至關(guān)重要的“六塊拼圖”中的第一塊，在二三十年之后，依靠技術(shù)的進(jìn)步，人們能夠聽到從火星上某個飛行員發(fā)回的第一個聲音。

“六塊拼圖”的理論是波音公司在最近的一次發(fā)布中提到的，并且獲得了廣泛的認(rèn)同，該理論被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)火星計劃的最好方式。這所謂的六塊拼圖是指能夠保證任務(wù)成功的六項科技。

第一塊拼圖（第一部分）是一個能夠運(yùn)載著另外五部分進(jìn)入預(yù)定軌道的火箭，這可能需要通過多次發(fā)射來實(shí)現(xiàn)。對于美國宇航局來說這是指空間發(fā)射系統(tǒng)，這個系統(tǒng)將在2019年進(jìn)行首飛。SpaceX公司研制的巨型運(yùn)載火箭Falcon Heavy也將加入登陸火星的角逐，這個新型火箭雖然沒有那么強(qiáng)大依然勇氣可嘉。

第二部分是一個能夠把人類帶離地球并在任務(wù)完成后安全送回地球的運(yùn)載工具。比如：美國宇航局的“獵戶座”飛船或SpaceX的Dragon系列飛船。要成功地帶著人類穿越火星大氣還需要為飛船設(shè)計一種新型的防熱罩，并且把飛船的速度降到足夠低。目前，這是指低密度超音速減速器，一個在2014年經(jīng)過美國宇航局在地球大氣環(huán)境中測試的充氣式環(huán)形防熱罩。

最后三個部分，也是最難的部分。在飛行員為期9個月的火星任務(wù)中，他們需要一個能夠生活的空間。宇航員要登陸火星可能還需要一個拖拽飛船。要讓他們脫離火星表面可能還需要一個上升推進(jìn)器。但是在接下來的幾年，距離這些設(shè)備投入開發(fā)已經(jīng)不遠(yuǎn)了。

然而，到目前為止，你可能還是持懷疑態(tài)度，這是可以理解的，因為像這樣的愿景都已經(jīng)被提過無數(shù)次了。尤其是在1972年阿波羅17號進(jìn)行最后一次載人登月任務(wù)后，大部分人都相信人類的下一步就是登陸火星了。當(dāng)時，美國宇航局正在發(fā)展核動力火箭，也就是NERVA（核引擎火箭運(yùn)載應(yīng)用），這被認(rèn)為是載人登陸火星并返航的一個合適的引擎。遺憾的是，1972年它就被取消了，為了支持航天飛機(jī)的發(fā)展。

在接下來的幾十年里，美國、俄羅斯甚至歐洲又零零散散提出了很多概念，但是最終都因為巨額的預(yù)算和科學(xué)技術(shù)的限制而終止了。但是現(xiàn)在火星登陸任務(wù)確確實(shí)實(shí)回到了議程上來，隨著獵戶座飛船的發(fā)射和空間發(fā)射系統(tǒng)火箭的發(fā)展，雖然接下來還會面臨挑戰(zhàn)，但是我們已經(jīng)有了正確的方向。

“要登陸火星我們會遇到很多困難，”探測系統(tǒng)專家，美國宇航局蘭利研究中心的帶頭人Patrik Troutman告訴《All About Space》雜志。

“概括地說，這個任務(wù)面臨三個問題：存活下來，實(shí)施任務(wù)，支付費(fèi)用。我認(rèn)為存活下來是最難的，因為后邊兩個任務(wù)都是以它為前提的。如果人們不能在火星存活下來，就沒有必要把人送到火星上去。有很多重要的任務(wù)都需要成功，但是這些都沒有安全性水平重要?！?/p>

按照Troutman的觀念，登陸火星之后不應(yīng)該像阿波羅項目那樣把珍貴的“國旗和腳印”作為第一項任務(wù)，因為“可能接下來人類超越地球地軌道以外的探險會再次暫?！?。

他想要看到的是能夠使人類在火星上長期滯留的，能夠使我們可持續(xù)的、不斷地探索的投資，這些投資應(yīng)該被用于更高水平上的自治權(quán)、可靠性和資源利用方面。

這是一個獲得很多同領(lǐng)域其他專家認(rèn)可的觀點(diǎn)，尤其是SpaceX公司的CEO馬斯克。馬斯克曾經(jīng)公開表達(dá)想要把人類送上火星的愿望，并且就像美國宇航局所做的那樣，SpaceX公司也在緊鑼密鼓地建設(shè)一些實(shí)施這種任務(wù)所必需的的基礎(chǔ)設(shè)施。

今年年中，SpaceX公司的巨型運(yùn)載火箭Falcon Heavy有望進(jìn)行首次試飛，它將采用一個比空間發(fā)射系統(tǒng)小一些但是應(yīng)該有能力完成火星任務(wù)的火箭完成發(fā)射。馬斯克同時承諾將在今年晚些時候披露神秘的Mars Colonial Transporter（火星殖民運(yùn)輸飛船），人們普遍猜測這可能是SpaceX公司用于人類火星登陸的最終產(chǎn)品。

很有可能當(dāng)這些拼圖完成的時候，這就已經(jīng)不再只是美國宇航局或者SpaceX公司的目標(biāo)了。Troutman稱“到時候，諸如人類火星任務(wù)這樣的目標(biāo)將成為國際共識”，“可能其中的國家參與的或多或少，但是最終擴(kuò)展人類在太陽系的空間是整個地球人的共識?！?/p>

曾為美國宇航局制造過空間發(fā)射系統(tǒng)部分組件的，波音公司的負(fù)責(zé)國際空間站開發(fā)利用的官員邁克也很認(rèn)同這一觀點(diǎn)?！拔覀冇幸粭l科技之路通向火星，但是這要求我們必須十?dāng)?shù)年如一日的持續(xù)努力，”他告訴《All About Space》雜志?！拔艺J(rèn)為保持穩(wěn)定的，年復(fù)一年的投資是人類登陸火星的最大挑戰(zhàn)。我們可能需要像曾經(jīng)建造國際空間站時那樣，通過國際合作來實(shí)現(xiàn)。”

邁克還說：“人類探索火星還需要有持續(xù)的、長期的智力、能力、財力資源的投入才能創(chuàng)造出一個復(fù)雜而可靠的運(yùn)輸系統(tǒng)。美國宇航局很適合領(lǐng)導(dǎo)這個項目，但是實(shí)際過程可能需要政府方面與產(chǎn)業(yè)方面的國際合作和創(chuàng)新來實(shí)現(xiàn)?！?/p>

重回月球？

這提出了一個有意思的問題。最遲到2028年國際空間站項目就會終止，到時候超期的空間站的使用將非常有限，它的組件也將到達(dá)它們的合理使用期限。這將使美國航天局省下26億英鎊（40億美元）左右用于其他項目，并且很可能會有一部分用于深空探索項目。其他國家也是一樣，大家都會有一部分多余的太空探索經(jīng)費(fèi)，并且他們都很可能會投入到這個新的國際項目當(dāng)中。

在2012年12月，歐洲航天局同意為美國宇航局建造將于2017年進(jìn)行的獵戶座飛船不載人繞月飛行的服務(wù)組件。到2018年，它將向火星發(fā)射ExoMars漫游者號。現(xiàn)在正在進(jìn)行緊張的繞月飛行任務(wù)的相關(guān)工作。不管火星任務(wù)會呈現(xiàn)出什么樣的狀態(tài)，歐洲航天局都確定會參與。

關(guān)于重回月球的話題，一直有很多議論：在試圖登陸火星之前，美國宇航局是否可以更好地進(jìn)行重回月球的任務(wù)？在2014年6月，美國國家研究院建議美國宇航局考慮在著手進(jìn)行火星任務(wù)之前先把宇航員送入月球軌道，不然火星任務(wù)將很有可能會失敗。在研究院關(guān)于美國宇航局的火星計劃的研究報告中，暗示宇航局現(xiàn)在的計劃是冒險的。

該計劃包括在2020年代捕獲一顆小行星，然后把它復(fù)位到繞月軌道。到那時，宇航員將被送到小行星上對其進(jìn)行研究，帶回小行星上的樣本，并測試將用于火星任務(wù)的技術(shù)。最近他們承認(rèn)在該任務(wù)之后直接跳到火星任務(wù)可能是有點(diǎn)困難，但這不表示不可能完成?！拔覀冎缹τ谌祟惖幕鹦堑顷懭蝿?wù)來說，很多挑戰(zhàn)都是可以解決的，包括到達(dá)火星、降落、在火星上生活、工作、并安全返回?！?/p>

他們同時表示他們現(xiàn)在在國際空間站做的工作就是火星任務(wù)的一部分。今年3月份，美國宇航局的宇航員凱利和俄羅斯宇航員Mikhail Kornienko將開始在國際空間站的為期一年的任務(wù)。這個任務(wù)將提供關(guān)于人體如何適應(yīng)長時間太空飛行的核心的科學(xué)數(shù)據(jù)，當(dāng)然，這只是美國宇航局計劃的諸多火星任務(wù)準(zhǔn)備工作的一部分。

火星之旅可能要花費(fèi)7到8個月的時間，和不載人火星登陸任務(wù)所需的時間差不多，不是因為火箭的驅(qū)動力有限，只是因為行星運(yùn)行軌道的限制。火星任務(wù)的發(fā)射工作大概每兩年啟動一次。當(dāng)?shù)厍蚝突鹦窃诟髯缘能壍郎线\(yùn)行到距離彼此最近的時候，我們可以稱之為發(fā)射窗口打開，火箭就可以通過這個最短的距離到達(dá)火星。美國宇航局和其他航天機(jī)構(gòu)不可能不利用這個窗口。

要想利用這個時機(jī)，宇航員就需要在火星上待上一年的時間，等到行星重新這樣排列的時候他們才能回來。這一點(diǎn)需要特別注意。美國宇航局始終堅持宇航員只要完成了他們的任務(wù)就可以回到地球，而不會被留在那里度過余下的時光。

這也就解釋了為什么關(guān)于人體在長期宇宙飛行中的反應(yīng)的研究會如此重要。我們需要知道宇航員是否能夠適應(yīng)在微重力環(huán)境生活長達(dá)兩年的時間，以及宇宙射線的影響究竟有多大。

在火星表面上，宇航員可能會有多種生活場景，比如在溫室里種種菜，同時改良版的太空服（目前達(dá)到Z2版）可以使宇航員得以在火星表面行走，以及實(shí)施重要的實(shí)驗。

就像Troutman指出的那樣，要完成火星之旅不只是而且不應(yīng)該只是依靠科技的進(jìn)步。他說：“人類登陸火星的長期目標(biāo)是建立一種人類能夠生存的方式。多建立一個人類能夠生存的生物圈就可以多增加幾分人類度過人為或自然災(zāi)難的幾率?！?/p>

“沒錯，我們有科學(xué)、商業(yè)、創(chuàng)意和技術(shù)衍生品，但是他們都是可以通過機(jī)器人任務(wù)來完成的短期成果。但對于測試火星環(huán)境來說，只有把人類送上火星，我們才能知道要保證人類的生存到底需要什么。機(jī)器人不能代替我們生活?！?/p>

凱利補(bǔ)充說：“阿波羅空間計劃（我們曾追求的登月夢想），已經(jīng)從根本上改變了我們今天的生活，改善了落后鄉(xiāng)村的飲用水條件，建立了新的醫(yī)療和藥物流程，并且極大地提高了溝通和運(yùn)算的效率。我們的工作、娛樂等諸多方面都有很大改變。你能想象我們能從適應(yīng)火星環(huán)境的努力中學(xué)到什么嗎？”

Troutman說，如果資金不是問題的話，我們可以每周向月球、火星或其他被選中的小行星發(fā)射一個火箭。這些火箭上將載滿機(jī)器人，建筑材料和重要的空間部分。當(dāng)然，資金是一個問題，所以我們的進(jìn)步會很慢，但是很穩(wěn)定。盡管登陸火星的夢想有些時候還帶有想象的成分，但是我們有必要注意到那些最重要的部分已經(jīng)完成了。

在40年后，我們就會知道誰是第一個踏上火星的人。他們的名字會被銘刻在歷史上。到時候你可以回來，再讀讀這篇文章，并且回憶起今天的所有這些當(dāng)初是怎樣成形的。2015年會是登陸火星不再只是幻想的一年，沒錯，它最終會實(shí)現(xiàn)的。