人類距離登陸火星還有多遠

美國前任總統巴拉克· 奧巴馬於2 0 1 6年1 0月1 1日在美國有線電視新聞網（CNN）的一篇專欄文章中寫道：「我們已經為美國航天業的未來設定了一個明確而又至關重要的目標：在2 1世紀3 0年代將人類送上火星，並且使他們安全地返回地球，最終實現在火星上長期生存。」

隨著奧巴馬重申在未來二三十年內使人類到達火星的雄心勃勃的目標，美國的登陸火星的計劃終於確定。那麼下一個問題來了：怎樣才能夠到達火星？

美國航空航天局已制訂出前往火星旅行的詳細計劃。位於美國首都華盛頓市的喬治· 華盛頓大學艾略特國際關係學院太空政策研究所的政治科學與國際事務名譽教授約翰·洛格斯頓說，如果這個期限延長到2 1世紀3 0年代的最後一年，那麼到達火星的計劃是可以實現的。

其他專家則認為奧巴馬設定的時間表不夠大膽。美國的一家非營利組織—火星協會—的創始人兼主席、著名航空航天工程師、先鋒航天公司總裁、《前往火星：登陸紅色星球的計劃》的作者羅伯特·祖布林說：「與1 9 6 1年制訂計劃將人類送上月球卻在8年後才實現目標相比，如今我們距離登陸火星的目標更近。下一任總統應該宣布一個雄心勃勃的目標：在2 0 2 0年或者2 0 2 4年到達火星，否則登陸火星的任務將失去先機，太空探索可能會進一步推遲。」

不論什麼時間開始實施登陸火星的計劃，在航天員準備出發之前，專家都必須解決如下一些技術問題。

第一步：擁有把航天員送上太空的美國技術

目前，美國是依靠俄羅斯的「聯盟」號宇宙飛船將航天員送往國際空間站的。未來這種情況將有所改變，因為美國的一些私營航天航空公司正在努力研製載人和載貨的航天系統。約翰·洛格斯頓介紹說，由著名工程師埃隆· 馬斯克建立的美國太空探索技術公司（簡稱Space X）開發了可部分重複使用的運載火箭，及名為「龍飛船」的載人太空運輸系統；美國波音公司也在與美國航空航天局合作研發新型的載人宇宙飛船——CST-1 0 0型宇宙飛船。埃隆·馬斯克表示，SpaceX 研製的用於前往火星的運載火箭可能於2 0 1 8年發射。

第二步：建造更大的宇宙飛船

美國洛杉磯市一家航空航天公司的工程專家布雷特· 德拉克說，前往火星的航行需要一艘大型宇宙飛船，它能夠搭載多名航天員以及三年往返所需的所有物品和潛在的貨物。這家公司是一個非營利性組織，致力為聯邦政府研究運載火箭、衛星系統、地面控制系統以及太空技術。

約翰· 洛格斯頓補充說：「將宇宙飛船上的全體航天員送上火星意味著該飛船必須具有更大的有效載荷，因為需要運載往返的燃料及物資。要知道，火星上可沒有便利店為返程提供補給物資。」

一種方法是建造巨大的宇宙飛船；另一種方法是首先製造多個較小的模塊（其中一些模塊可以載人，另一些可以運載物資），分別發射進入軌道，然後在空間進行組裝。約翰·洛格斯頓說：「不管選用哪一種，我們都具備了這方面的基本技術。」

「前往火星的宇宙飛船必須比我們以前建造的任何一艘都大。」羅伯特· 祖布林說，「即使如此，也不需要新的科學技術。」

目前，美國洛克希德· 馬丁公司正在為美國航空航天局研發一種可以搭乘4人的名為「獵戶座」的新型宇宙飛船，它由駕駛艙、登陸艙、返回艙、乘員艙、服務艙以及異常中斷系統等組成，直徑約5米，重量約2 3噸。美國航空航天局將利用它進行外太空探索。「獵戶座」宇宙飛船已經於2 0 1 4年1 2月5日成功完成首次無人試飛，將於2 0 1 8年進行繞月飛行，為之後的載人航天任務做準備。

第三步：製造更大的火箭

將更大的宇宙飛船發射進入太空深處需要使用更大的火箭。據美國航空航天局的專家介紹，他們計劃對自行研製的世界上體積最大、動力最強的火箭系統進行第二次測試。該火箭系統被稱為太空發射系統（簡稱SLS），是一種從太空梭演變而來的超重型運載火箭，其高度和總重量分別達到1 1 7米和2 9 4 8噸。太空發射系統將於2 0 1 8年建造完成，並將開啟人類探索太空的新紀元。屆時，太空發射系統將把載有航天員的「獵戶座」宇宙飛船送入太空，首個目的地為月球，最終目的地是火星。Space X也在研發重型獵鷹運載火箭，其高度為6 9.2米，是一種能夠將貨物和人員送上月球、小行星，甚至火星的可重複使用的大型運載火箭。

第四步：宇宙飛船的減速和著陸

宇宙飛船到達火星軌道以後，就需要在這個紅色星球上著陸。在過去的航天任務中，摩擦、熱效應和降落傘都可以為飛船減速。但對重型宇宙飛船來說，降落傘的制動能力顯然是不夠的。

現在，專家在這個問題上取得了進展。例如，Space X 展示了用於高速宇宙飛船減速的超音速反向推進器，在著陸時啟動發動機進行制動。

第五步：解決在太空中長期居住的問題

現在，航天員已經成功地在國際空間站中生活了幾星期，甚至幾個月，這證明了在火星建立生命維持系統的可行性。這個系統可以為航天員提供安全用水、處理廢物，並過濾空氣等。專家說，類似的系統也可用於在火星上生活。

然而，火星與國際空間站不同。國際空間站位於近地軌道，距離地球只有幾小時的航程。如果發生什麼意外情況，地球上的專家可以前來救援。但是在火星上這是不可能的，因為即使在地球與火星相距最近的情況下，到達火星至少需要6個月至9個月的時間。

布雷特·德拉克說：「生命維持系統的一個關鍵進步是提高系統的可靠性。對火星任務來說，系統一旦失效，既不能迅速返回地球修理，也無法完全恢復正常工作。所以，生命維持系統應該在較長時間內（許多年內）具有可靠性，並且可以由航天員維護。」

第六步：避免致命的宇宙輻射

參與火星任務的航天員需要保護自己免受兩種形式的輻射： 太陽質子事件（或太陽耀斑）和銀河系宇宙輻射。據布雷特·德拉克介紹說，第一種輻射可以通過設置專門的遮擋太陽粒子的設備來消除，例如由生命維持系統的給水系統構成的水牆。

對銀河系宇宙輻射的屏蔽顯然更加棘手。在外太空，宇宙輻射的強度非常高。然而，美國航空航天局的「好奇」號火星探測器搭載的火星科學實驗室對宇宙輻射水平的測量顯示，火星表面的輻射水平與國際空間站上觀測到的輻射水平相近。約翰·洛格斯頓解釋說，國際空間站所處的近地軌道位於兩個甜甜圈形狀的輻射帶（范艾倫輻射帶）的下方，它阻擋了許多來自太陽的帶電粒子和宇宙射線。

布雷特·德拉克認為，可以採用快速通過外太空的方法，盡量減少暴露在最高輻射強度下的時間。他說：「在火星的表面比在外太空更安全。」

第七步：在月球軌道進行測試

根據美國航空航天局制定的火星之旅的時間表，在正式開始火星任務之前，許多長期太空系統將在月球和地球之間的軌道上進行測試。在2 0 1 8年至2 0 3 0年之間的某個時間，美國航空航天局計劃發射載人航天器，實施航天員在月球附近進行太空行走的任務。其中一些任務可能持續1年，為登陸火星的壯舉做好充分準備。

約翰·洛格斯頓說，這一計劃將為登陸火星任務的所有環節提供測試機會，而且距離地球不會太遠，出現問題也可以及時處理。

第八步：在火星上建造房屋

一旦航天員到達火星，他們也不能立即返航。約翰·洛格斯頓說，前往火星的航行可能需要6個月至9個月的時間，但只有等到火星和地球運行到相對於太陽比較好的位置，才能夠返航。因此，可能需要等待1 4個月。（為了使返航的距離較短，應在地球與火星處在太陽的同一側時返航。）

從某種意義上來說，執行火星任務的先驅者將類似於1 6世紀的海上探險家，他們遠渡重洋，離開自己的祖國很長一段時間。鑒於這一點，在火星上建造永久性居所是具有重要意義的。

「航天員的確需要在火星表面建立某種棲息地，而不是整天待在宇航服中。雖然看起來這有些困難，但美國拍攝的科幻電影《火星救援》中就相對真實地描繪出未來的火星生活設施。」約翰·洛格斯頓說。

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