登陸火星

鄭永春，博士，研究員，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)科學(xué)傳播中心主任，中國科普作家協(xié)會(huì)副理事長。

火星，一顆紅色的星球。

火星上有山，有水，有峽谷，有大氣，有微弱的磁場(chǎng)?；鹦巧嫌猩硥m暴，有土壤，有巖石，甚至地下還有豐富的礦產(chǎn)資源?；鹦堑膬蓸O，也有冰凍的白色冰原。

這一切，與地球是那么相似。

上世紀(jì)五六十年代，剛進(jìn)入太空時(shí)代伊始，人類曾經(jīng)把深空探測(cè)的重點(diǎn)放到了以美麗之神維納斯為名的金星上，因?yàn)樗c地球的大小相似，距離最近。但科學(xué)探測(cè)后發(fā)現(xiàn)，金星其實(shí)是一個(gè)地獄般的星球，火山爆發(fā)、高溫、高壓、濃密的大氣、有毒的降雨……迄今為止，登陸金星表面的航天器，甚至活不過幾分鐘就會(huì)歇菜。因此，這是一個(gè)不可能有生命的星球，也不可能讓人類移居。人類對(duì)金星的探測(cè)興趣越來越弱。

正好相反，人類對(duì)火星的探測(cè)熱情是隨著探測(cè)程度和認(rèn)識(shí)深度的加深而逐漸提高的。隨著對(duì)火星的認(rèn)識(shí)越來越綜合、全面、系統(tǒng)，我們發(fā)現(xiàn)，火星是整個(gè)太陽系中與地球最為相似的行星，也是唯一經(jīng)改造之后，有可能適合大規(guī)模移居的星球。因此火星是人類的希望之星。一旦在地球上面臨難以扭轉(zhuǎn)的重大災(zāi)難和危機(jī)時(shí)，人類就可以移居到火星，在那里開拓新的家園。

每當(dāng)我在報(bào)告中提到載人登陸火星或者移民火星時(shí)，很多人會(huì)覺得不靠譜，是科幻。但隨著人類對(duì)火星越來越了解，知道那里有什么，可以支撐人類在火星上的生存，以及航天技術(shù)和相關(guān)科技領(lǐng)域近年來取得的巨大突破，使人類登陸火星和移民火星這一不切實(shí)際的想法，正在變得越來越可行，離我們?cè)絹碓浇?/p>

還是梳理一下人類登陸火星的一些相關(guān)技術(shù)吧，或許能讓你更有信心。

登陸方式。登陸火星必須穿過火星稀薄的大氣層，這個(gè)過程在地面上難以現(xiàn)場(chǎng)指揮，只能靠航天器自主操作，被稱為“黑色7分鐘”，失敗風(fēng)險(xiǎn)是最高的。這也是迄今為止，只有美國的航天器成功登陸火星的原因。在技術(shù)途徑的選擇上，鳳凰號(hào)登陸火星時(shí)采用了可壓縮性的著陸支架進(jìn)行緩沖；機(jī)遇號(hào)和勇氣號(hào)火星車登陸時(shí)采用降落傘減速，加上用氣囊在火星表面彈跳，減少對(duì)火星車的沖擊；更先進(jìn)的好奇號(hào)火星車登陸時(shí)，研發(fā)了新的天空起重機(jī)技術(shù)，火星車在地表一定高度懸空，通過纜繩慢慢放到火星表面。到了未來載人登陸火星時(shí)，登陸艙和物資設(shè)備的重量更大，降落傘可能難以起到有效的減速作用，除了天空起重機(jī)之外，還需要研發(fā)更先進(jìn)的火箭反推技術(shù)，才能達(dá)到有效的減速。

飛船。新一代載人飛船獵戶座號(hào)正在研制中，將于2018年進(jìn)行繞月飛行。這種新型載人飛船空間更大、設(shè)備更先進(jìn)。根據(jù)此前的設(shè)計(jì)方案，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，可以滿足飛往火星的任務(wù)。

火箭?；鸺呛教斓幕瑳]有火箭，哪里都去不了。美國宇航局正在研制新一代太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）。這種重型運(yùn)載火箭最終的運(yùn)載能力將達(dá)到143噸，甚至可能達(dá)到165噸，與阿波羅登月時(shí)的土星五號(hào)非常相近，號(hào)稱史上最強(qiáng)運(yùn)載火箭。除了官辦航天，2018年2月，spaceX的獵鷹重型火箭，搭載1輛紅色特斯拉跑車，進(jìn)入了環(huán)繞太陽的軌道。獵鷹重型號(hào)稱現(xiàn)役最大推力火箭，一級(jí)火箭可以回收后重復(fù)使用，星際運(yùn)輸成本更低。在此基礎(chǔ)上，有望打造一條從地球往返火星的廉價(jià)航線。馬斯克在火星上退休的夢(mèng)想又近了一步。

能源供應(yīng)?；鹦巧系?晝夜是24小時(shí)39分鐘，也有白天和黑夜。而且，火星比地球更遠(yuǎn)離太陽，太陽光強(qiáng)度比地球上弱。僅僅采用太陽能，可能無法滿足火星基地的供電需求。因此，核能是未來火星基地所需的能源供應(yīng)方式。很多人談核色變，其實(shí)大可不必。好奇號(hào)火星車、飛越冥王星的新視野號(hào)，都裝配有核電源，可以支撐它們一直工作到2030年。至少還有20多個(gè)深空探測(cè)器也都采用了太空核能技術(shù)。目前，科學(xué)家正在研發(fā)小型的新型核反應(yīng)堆，以滿足火星基地高效、安全的供電需求。

原位資源利用。鑒于地球與火星之間的遙遠(yuǎn)距離，以及昂貴的運(yùn)輸代價(jià)，利用火星上的原位資源，研發(fā)燒磚、生產(chǎn)玻璃纖維、3D打印等建筑材料生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)和循環(huán)利用水、氧氣等生命所需物質(zhì)，盡可能減少從地球到火星的運(yùn)輸量，可以降低火星基地建設(shè)成本，降低建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。這方面國內(nèi)外已經(jīng)開展了大量研究，接下來要做的是提高這些技術(shù)在火星環(huán)境下使用的可行性。

輻射防護(hù)。由于沒有全球性磁場(chǎng)，火星上的太空輻射要比地球上空的國際空間站、月球基地，都要強(qiáng)得多，對(duì)航天員的身體傷害和健康風(fēng)險(xiǎn)也要高得多。好奇號(hào)測(cè)量了火星表面的輻射劑量，科學(xué)家正在研制輻射防護(hù)技術(shù)，比如，利用火星土壤建設(shè)防護(hù)層，在火星上尋找洞穴，或者創(chuàng)造人工磁場(chǎng)，都可以防護(hù)太空輻射，減少對(duì)航天員健康的危害。

登陸火星，不僅是上面那些冷冰冰的技術(shù)，我們更要關(guān)心飛往火星的航天員——那些聰明、勇敢、需要情感溫暖的個(gè)體。在飛往火星的漫長旅途中，在載人飛船狹小的空間中，航天員之間如何和諧相處？面對(duì)火星上的漫漫長夜和無邊的荒涼，面對(duì)長時(shí)間、甚至永遠(yuǎn)也不可能與地球親人相見的煎熬，人的心理該如何調(diào)節(jié)？面對(duì)在火星上拓荒，為后代建設(shè)生存基地的艱苦歷程，他們能否迎來接班人，如何在火星上終老？其中，面臨的大量法律、生理、心理挑戰(zhàn)，都是前所未有的，同樣需要開展大量研究。好在我們已經(jīng)有了人類在國際空間站的長期生活經(jīng)驗(yàn)，在月球上登陸考察的經(jīng)驗(yàn)，以及在極地和荒漠地區(qū)長期生存的經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)將為人類在火星上生存奠定基礎(chǔ)。

登陸火星難度巨大，甚至是人類史上面臨的最艱難的科技挑戰(zhàn)，不僅投資巨大，需要強(qiáng)大的綜合科技實(shí)力，還需要堅(jiān)定的政治意志和強(qiáng)大的動(dòng)員力。我們?cè)敢馊ヌ魬?zhàn)火星，不是因?yàn)楹唵?，恰恰是因?yàn)樘y了。高難度的技術(shù)挑戰(zhàn)一旦突破，將牽引整個(gè)科技領(lǐng)域和國家實(shí)力的提升。而且，移居火星這種為人類命運(yùn)共同體付出的代價(jià)，將贏得整個(gè)世界和全人類的尊重，塑造中國在世界上的引領(lǐng)地位。

我相信，像火星這么大的一個(gè)星球，一定有獨(dú)特的資源可以支撐人類的長期生存，就像500年前被發(fā)現(xiàn)的美洲大陸，現(xiàn)在已經(jīng)成為了人類生存的樂土?；鹦?，也將終將成為人類在太陽系中生存的另一個(gè)家園。

我堅(jiān)定地相信，在有生之年，我將會(huì)看到人類登陸火星，并開始建設(shè)一個(gè)永久的居住地。