登上火星之前，那些人類要做的事

火星是地球的“近鄰”，位于太陽(yáng)系內(nèi)的宜居帶中，其地贗構(gòu)成和演化過(guò)程均與地球有諸多相似之處。正因如此，自航天事業(yè)誕生以來(lái)，火星始終是航天科研的焦點(diǎn)之一，也是人類寄托探索夢(mèng)想的對(duì)象之一。

目前，多個(gè)國(guó)家和國(guó)際組織的官方航天力量，已將實(shí)現(xiàn)人類首次火星采樣返回作為近期深空探測(cè)的重要目標(biāo)，并積極討論載人登陸火星的長(zhǎng)遠(yuǎn)計(jì)劃。而以SpaceX為代表的商業(yè)航天新勢(shì)力更是將“載人登火，移民火星”作為遠(yuǎn)期愿景。然而，外界分析認(rèn)為，無(wú)人探測(cè)火星的成功率較低，載人探測(cè)火星的綜合難度更大，憑借當(dāng)前國(guó)際航天的技術(shù)基礎(chǔ)，至少還須在以下五個(gè)方面攻克諸多技術(shù)難關(guān)。

第一，超重型運(yùn)載火箭。

與無(wú)人火星探測(cè)器相比，載人火星探測(cè)器需要面臨的挑戰(zhàn)更為復(fù)雜和艱巨。為確保長(zhǎng)期在地球與火星之間往返的航天員的身心健康，載人火星探測(cè)器必須配備生命保障系統(tǒng)，并在現(xiàn)有同類系統(tǒng)的基礎(chǔ)上大幅升級(jí)，增加重量是不可避免的。換句話說(shuō)，航天員需要生活在更大更重的飛船甚至大型空間站內(nèi)，才能順利完成復(fù)雜的火星登陸任務(wù)。因此，強(qiáng)大且高效的航天運(yùn)輸工具是必不可少的。

如果仍采用傳統(tǒng)的化學(xué)能火箭，僅運(yùn)力這一項(xiàng)指標(biāo)，現(xiàn)今的運(yùn)載火箭就無(wú)法達(dá)到。如果希望盡可能地縮短地球與火星間的航行時(shí)間，曾一度被擱置的核動(dòng)力超重型火箭研究計(jì)劃，或?qū)⒅匦聠?dòng)。這種超重型火箭成本高昂，因此必須追求復(fù)用性能，以便支持可持續(xù)的載人火星探測(cè)與開發(fā)計(jì)劃。

第二，遠(yuǎn)軌太空港——遠(yuǎn)離地球軌道的大型、超大型空間站。

由于地球和火星自身強(qiáng)大引力與大氣層對(duì)航天器的影響，航天器發(fā)射和再入的過(guò)程面臨較高的成本和風(fēng)險(xiǎn)。地火軌道會(huì)臺(tái)周期長(zhǎng)達(dá)約780天，載人火星探測(cè)任務(wù)應(yīng)盡量遵循這一周期，合理規(guī)劃發(fā)射窗口，而這也限制了航天器從地球向火星運(yùn)送補(bǔ)給的能力。與此同時(shí)，人類目前對(duì)火星的開發(fā)、改造能力仍比較有限，火星表面條件要支持人類長(zhǎng)期生存依舊道阻且長(zhǎng)。綜合這兩方面來(lái)看，未來(lái)必須建設(shè)遠(yuǎn)軌太空港，布置支持設(shè)備，儲(chǔ)備物資，供航天員在地火航線兩端駐留，擇機(jī)實(shí)施短期登陸火星任務(wù)。

為此，航天科研人員有必要先攻克在地月空間特殊軌道上建設(shè)空間站乃至太空港的技術(shù)難關(guān)，積累工程經(jīng)驗(yàn)，隨后在火星軌道上開展類似的工程項(xiàng)目。這就需要逐步掌握太空運(yùn)輸系統(tǒng)、遠(yuǎn)軌太空港總體設(shè)計(jì)和太空制造等一系列關(guān)鍵技術(shù)。

第三，載人探測(cè)任務(wù)的要求使得航天器實(shí)現(xiàn)安全著陸火星和返回地球的難度大幅增加，須研發(fā)全套系統(tǒng)方案。

火星存在稀薄大氣和氣動(dòng)加熱現(xiàn)象，因此航天員和航天器著陸火星無(wú)法像著陸月球那樣“忽視”隔熱防護(hù)系統(tǒng)，這就增加了航天器的研制難度。再考慮到地球和火星間的距離最近時(shí)也超過(guò)5000萬(wàn)千米，通信延遲問(wèn)題比較嚴(yán)重，因此在未來(lái)的載人登火探測(cè)任務(wù)中，航天器必須能夠?qū)崿F(xiàn)自主著陸，而非依賴地球遠(yuǎn)程操控。

同時(shí)，航天員若要從火星返回，在當(dāng)前技術(shù)基礎(chǔ)上，必須提前在火星表面布置發(fā)射系統(tǒng)，并在火星軌道上布置對(duì)接艙段，這一過(guò)程的難度和風(fēng)險(xiǎn)可想而知。

第四，火星原位資源如何利用。

火星原位資源利用是指利用火星大氣和土壤中的天然資源就地制備各種必需物資，是一種可持續(xù)性強(qiáng)且成本低的深空探測(cè)解決方案。由于火星表面空氣稀薄，輻射強(qiáng)烈，極端溫度交替，航天員不宜長(zhǎng)期離開航天器密封艙或基地。另外，從地球向火星補(bǔ)給物資的成本極高且不可持續(xù)，即便建成了火星軌道太空港，依然無(wú)法解決所有問(wèn)題。因此，研究如何利用火星的原位資源，就地解決建材、空氣、食物、能源等供應(yīng)難題，仍是不可避免的要求。目前，火星表面制氧實(shí)驗(yàn)、模擬火星土壤增材制造（即3D打?。┭芯砍跻姵尚?，但距離滿足載人登火任務(wù)所需，仍相當(dāng)遙遠(yuǎn)。

第五，航天醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。

載人航天事業(yè)顯著促進(jìn)了航天醫(yī)學(xué)發(fā)展，但航天員單次駐留太空時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于載人火星探測(cè)任務(wù)所需的數(shù)年，航天醫(yī)學(xué)研究仍存在許多空白。

在當(dāng)前的技術(shù)條件下，載人登火之旅單程將至少持續(xù)數(shù)月。相比近地軌道任務(wù)，火星探測(cè)任務(wù)中飛船乘組成員更少、探測(cè)任務(wù)周期更長(zhǎng)、太空失重和輻射環(huán)境更惡劣，航天員的身心健康無(wú)疑將面臨巨大的挑戰(zhàn)。太空失重帶來(lái)的肌肉萎縮和骨質(zhì)疏松，輻射帶來(lái)的健康風(fēng)險(xiǎn)，都需要深入研究。此外，航天員在軌自行治療和地球遠(yuǎn)程診療也將面臨考驗(yàn)。有觀點(diǎn)認(rèn)為，航天員想要順利登陸火星乃至探索更遙遠(yuǎn)的深空，最大的限制因素可能正是脆弱的人體本身。因此，為了確保載人登火任務(wù)的順利完成，航天醫(yī)學(xué)必須實(shí)現(xiàn)突破性進(jìn)展。

既然面臨如此多的困難，人類還有必要嘗試登上火星嗎？

事實(shí)上，人類絕不可能滿足于永遠(yuǎn)生活在地球上。無(wú)窮的地外世界正等待著探索者邁出勇敢的步伐。各國(guó)新一輪探月大潮將月球資源勘探、開發(fā)作為重要目標(biāo)，而金星的開發(fā)價(jià)值相對(duì)有限，火星就成為人類下一步飛出地月空間，探索廣裹太陽(yáng)系的“試金石”?；蛟S，未來(lái)人類有望逐步建成位于月球、近地小行星、火星、主帶小行星、木星衛(wèi)星、土星衛(wèi)星等的資源開發(fā)設(shè)施和補(bǔ)給站，真正成為“跨行星生存物種”。