《火星救援》

上一期我們討論了火星之旅的昂貴和艱辛，本期就來討論一下電影中和現(xiàn)實中的火星計劃吧。在《火星救援》上映時，有不少科幻迷笑稱這部影片是NASA（美國國家航空航天局）的宣傳片，因為片中的火星計劃細(xì)節(jié)真實可行，極其貼近NASA的規(guī)劃。如圖1是電影中出現(xiàn)的火星車，圖2是NASA正在測試中的火星車，是不是如雙胞胎兄弟一般相似呢？

另外，普通觀眾在看電影的時候，可能會對其中一段情節(jié)感到疑惑——馬克為了離開火星，做了無數(shù)計劃，長途跋涉尋找一個名叫MAV的玩意兒。它為什么會默默地埋在火星里？馬克怎么會知道它的位置？為什么馬克要說“借用”？想要回答這些問題，首先要解答上一期留下的問題：如果讓你規(guī)劃火星旅行，你應(yīng)該如何做計劃？

載人火星航行的計劃表

我們可以將火星航行必需的運載設(shè)施簡化如下：

1. 運載航天員往返火星的飛船；

2. 將航天員從飛行器送往火星地表的登陸艙；

3. 將航天員從火星地表送上軌道與飛船會合用的飛行器。

在上一期中，我們已經(jīng)說過，在航天員到達(dá)火星之前，除了飛船之外的裝置都要提前運送到火星上。電影中的MAV，全稱為Mars Ascent Vehicle（火星升空載具），即上述的第三項。等一下！馬克的同伴們不是已經(jīng)乘坐一艘MAV返回“赫爾墨斯號”了嗎？也就是說，NASA在火星上準(zhǔn)備了兩個MAV！難道是NASA預(yù)見到有人會落難而提前準(zhǔn)備的嗎？抱歉，還真不是。

事實上，第二個MAV是為下一次載人火星航行準(zhǔn)備的。下一批航天員們還沒有從地球出發(fā)，他們未來從火星返回所需的MAV就先被送到了火星上，這是NASA的工程師們?yōu)榱斯?jié)省成本、提升安全系數(shù)而想出的辦法。

載人火星航行的燃料問題

從火星到地球的航程極長，即使借助引力彈弓，也需要消耗大量的推進劑來對飛船進行加速和調(diào)整方向。據(jù)早期的火星計劃估算，需要近40噸左右的推進劑（燃料+氧的混合物），其運輸成本高得嚇人，這40噸可能是人類歷史上最昂貴的40噸。為了降低運輸費用，工程師們提出了兩個方案。

第一個方案，在火星上生產(chǎn)燃料。飛船可以使用甲烷/氧（CH4/O2）混合推進劑，火星上幾乎沒有氫（已經(jīng)有證據(jù)證明火星上有水，但還不能將之視為穩(wěn)定的氫來源，且提取氫也比較困難），但有大量的二氧化碳，可以從二氧化碳提取氧。飛船只需要攜帶氫和觸媒（用于從二氧化碳中提取氧），即可在火星上搭建起一個制造火箭燃料的微型化工廠，生產(chǎn)推進劑。于是，那惱人的40噸不需要了，只需提前將相關(guān)設(shè)備和大約6噸重的氫送到火星，在火星上生產(chǎn)出足夠返程所需的燃料即可。當(dāng)返程的燃料已經(jīng)準(zhǔn)備好之后，航天員再從地球出發(fā)前往火星。

第二個方案，使用基于太陽能的電磁脈沖推進器。這個方案是2015年5月由NASA噴氣動力實驗室的工程師（就是電影中設(shè)計補給艙和計算飛行軌道的那群宅男們）提出來的。這種推進器完全使用從太陽能轉(zhuǎn)化而來的電力來推動，初期速度慢，但能夠不斷加速，可以在一年半的時間里，將火星探索所需的設(shè)備（地表的居住艙、科研設(shè)備、MAV）運抵火星軌道，投放至火星地表，等待“輕裝簡行”的航天員們乘坐飛船抵達(dá)后啟用。

載人火星航行的雙保險

那么問題來了，這兩個方案執(zhí)行起來都需要相當(dāng)長的時間，在這一過程中，一旦出現(xiàn)任何問題都會導(dǎo)致整個計劃夭折。例如，航天員們準(zhǔn)備離開火星了，卻發(fā)現(xiàn)燃料還沒備齊，或者MAV出現(xiàn)了故障，那該怎么辦？

答案是：在航天員抵達(dá)前，就把他們離開時需要用的MAV送到火星地表，完成起飛準(zhǔn)備。在獲得MAV一切正常的信號后，航天員們才會踏上飛往火星的旅程。這聽起來很怪，卻是唯一的解決方案，也是“為什么NASA要在火星上放2個MAV”的答案。這個計劃還有一個好處：如果這個MAV出了問題，還有為下一次行動準(zhǔn)備的MAV。馬克就是這么干的，他“借用”了下一次火星航行的MAV，用另一部電影《世界末日》里的俏皮話來說：“NASA總有備份方案?！?/p>

介紹完這一切之后，您是否理解了《火星救援》中這些細(xì)節(jié)的含義呢？這些看似簡單的細(xì)節(jié)，其實凝聚了工程師們?yōu)榭刂瞥杀尽⒔档惋L(fēng)險而絞盡腦汁、殫精竭慮的心血。正是基于無數(shù)這樣的思考，載人火星航行計劃才有可能實現(xiàn)，從而讓人類脫離地球搖籃，踏上探索宇宙的偉大征程。