火星之旅
阅读提示：到2040年代，人类肯定已经登上了火星，没有什么能够阻挡人类的脚步。
编译｜弭 璐
到2040年代，人类肯定已经登上了火星，没有什么能够阻挡人类的脚步。你不相信吗？《All About Space》杂志了解到相关研究正在以惊人的速度发展，这使得登上火星将不再只是梦想。
“六块拼图”踏上火星
在探索宇宙方面，我们已经到了只能前进不能后退的地步。NASA（美国国家航空和宇宙航行局）在这个项目上早已投资了数十亿美元：他们建造、测试了能够将飞行员送上太空再带回地球的宇宙飞船，并进行了试飞。运载飞船的火箭已经完成了一半，能够保护飞行员成功抵达火星表面的防热罩已经经过了论证，飞行员要穿着的太空服也已经被研制出来了，飞行员将穿着这身衣服踏上火星的第一步。毫无疑问，这一次我们会真的踏上火星。人类会在接下来的四十年中迈出这一步，并且没有什么能够阻止这件事情发生了。
当然，也有一些其他的宇航局开始加入进来。ESA（欧洲航天局）已经在为美国宇航局提供帮助了，而像俄罗斯这样的其他宇航局则最迟可能到2028年国际空间站退役之后，才会参与到项目中来。一些国家已经采取或计划对火星实施不载人任务了，这些任务将为最终的载人任务提供宝贵的数据和资料。除了官方的努力以外，私人太空探险也在崛起，尤其是马斯克的SpaceX太空探险技术公司，该公司曾经宣称将把人类送到火星。Orion（猎户座飞船）已经于2014年12月5日发射，它不只是美国宇航局回归载人航天领域的一个证明，也是将人类送上火星的伟大征程的第一步，是对人类发展至关重要的“六块拼图”中的第一块，在二三十年之后，依靠技术的进步，人们能够听到从火星上某个飞行员发回的第一个声音。
“六块拼图”的理论是波音公司在最近的一次发布中提到的，并且获得了广泛的认同，该理论被认为是实现火星计划的最好方式。这所谓的六块拼图是指能够保证任务成功的六项科技。
第一块拼图（第一部分）是一个能够运载着另外五部分进入预定轨道的火箭，这可能需要通过多次发射来实现。对于美国宇航局来说这是指空间发射系统，这个系统将在2019年进行首飞。SpaceX公司研制的巨型运载火箭Falcon Heavy也将加入登陆火星的角逐，这个新型火箭虽然没有那么强大依然勇气可嘉。
第二部分是一个能够把人类带离地球并在任务完成后安全送回地球的运载工具。比如：美国宇航局的“猎户座”飞船或SpaceX的Dragon系列飞船。要成功地带着人类穿越火星大气还需要为飞船设计一种新型的防热罩，并且把飞船的速度降到足够低。目前，这是指低密度超音速减速器，一个在2014年经过美国宇航局在地球大气环境中测试的充气式环形防热罩。
最后三个部分，也是最难的部分。在飞行员为期9个月的火星任务中，他们需要一个能够生活的空间。宇航员要登陆火星可能还需要一个拖拽飞船。要让他们脱离火星表面可能还需要一个上升推进器。但是在接下来的几年，距离这些设备投入开发已经不远了。
然而，到目前为止，你可能还是持怀疑态度，这是可以理解的，因为像这样的愿景都已经被提过无数次了。尤其是在1972年阿波罗17号进行最后一次载人登月任务后，大部分人都相信人类的下一步就是登陆火星了。当时，美国宇航局正在发展核动力火箭，也就是NERVA(核引擎火箭运载应用)，这被认为是载人登陆火星并返航的一个合适的引擎。遗憾的是，1972年它就被取消了，为了支持航天飞机的发展。
在接下来的几十年里，美国、俄罗斯甚至欧洲又零零散散提出了很多概念，但是最终都因为巨额的预算和科学技术的限制而终止了。但是现在火星登陆任务确确实实回到了议程上来，随着猎户座飞船的发射和空间发射系统火箭的发展，虽然接下来还会面临挑战，但是我们已经有了正确的方向。
“要登陆火星我们会遇到很多困难，”探测系统专家，美国宇航局兰利研究中心的带头人Patrik Troutman告诉《All About Space》杂志。
“概括地说，这个任务面临三个问题：存活下来，实施任务，支付费用。我认为存活下来是最难的，因为后边两个任务都是以它为前提的。如果人们不能在火星存活下来，就没有必要把人送到火星上去。有很多重要的任务都需要成功，但是这些都没有安全性水平重要。”
按照Troutman的观念，登陆火星之后不应该像阿波罗项目那样把珍贵的“国旗和脚印”作为第一项任务，因为“可能接下来人类超越地球地轨道以外的探险会再次暂停”。
他想要看到的是能够使人类在火星上长期滞留的，能够使我们可持续的、不断地探索的投资，这些投资应该被用于更高水平上的自治权、可靠性和资源利用方面。
这是一个获得很多同领域其他专家认可的观点，尤其是SpaceX公司的CEO马斯克。马斯克曾经公开表达想要把人类送上火星的愿望，并且就像美国宇航局所做的那样，SpaceX公司也在紧锣密鼓地建设一些实施这种任务所必需的的基础设施。
今年年中，SpaceX公司的巨型运载火箭Falcon Heavy有望进行首次试飞，它将采用一个比空间发射系统小一些但是应该有能力完成火星任务的火箭完成发射。马斯克同时承诺将在今年晚些时候披露神秘的Mars Colonial Transporter（火星殖民运输飞船），人们普遍猜测这可能是SpaceX公司用于人类火星登陆的最终产品。
很有可能当这些拼图完成的时候，这就已经不再只是美国宇航局或者SpaceX公司的目标了。Troutman称“到时候，诸如人类火星任务这样的目标将成为国际共识”，“可能其中的国家参与的或多或少，但是最终扩展人类在太阳系的空间是整个地球人的共识。”
曾为美国宇航局制造过空间发射系统部分组件的，波音公司的负责国际空间站开发利用的官员迈克也很认同这一观点。“我们有一条科技之路通向火星，但是这要求我们必须十数年如一日的持续努力，”他告诉《All About Space》杂志。“我认为保持稳定的，年复一年的投资是人类登陆火星的最大挑战。我们可能需要像曾经建造国际空间站时那样，通过国际合作来实现。”
迈克还说：“人类探索火星还需要有持续的、长期的智力、能力、财力资源的投入才能创造出一个复杂而可靠的运输系统。美国宇航局很适合领导这个项目，但是实际过程可能需要政府方面与产业方面的国际合作和创新来实现。”
重回月球？
这提出了一个有意思的问题。最迟到2028年国际空间站项目就会终止，到时候超期的空间站的使用将非常有限，它的组件也将到达它们的合理使用期限。这将使美国航天局省下26亿英镑（40亿美元）左右用于其他项目，并且很可能会有一部分用于深空探索项目。其他国家也是一样，大家都会有一部分多余的太空探索经费，并且他们都很可能会投入到这个新的国际项目当中。
在2012年12月，欧洲航天局同意为美国宇航局建造将于2017年进行的猎户座飞船不载人绕月飞行的服务组件。到2018年，它将向火星发射ExoMars漫游者号。现在正在进行紧张的绕月飞行任务的相关工作。不管火星任务会呈现出什么样的状态，欧洲航天局都确定会参与。
关于重回月球的话题，一直有很多议论：在试图登陆火星之前，美国宇航局是否可以更好地进行重回月球的任务？在2014年6月，美国国家研究院建议美国宇航局考虑在着手进行火星任务之前先把宇航员送入月球轨道，不然火星任务将很有可能会失败。在研究院关于美国宇航局的火星计划的研究报告中，暗示宇航局现在的计划是冒险的。
该计划包括在2020年代捕获一颗小行星，然后把它复位到绕月轨道。到那时，宇航员将被送到小行星上对其进行研究，带回小行星上的样本，并测试将用于火星任务的技术。最近他们承认在该任务之后直接跳到火星任务可能是有点困难，但这不表示不可能完成。“我们知道对于人类的火星登陆任务来说，很多挑战都是可以解决的，包括到达火星、降落、在火星上生活、工作、并安全返回。”
他们同时表示他们现在在国际空间站做的工作就是火星任务的一部分。今年3月份，美国宇航局的宇航员凯利和俄罗斯宇航员Mikhail Kornienko将开始在国际空间站的为期一年的任务。这个任务将提供关于人体如何适应长时间太空飞行的核心的科学数据，当然，这只是美国宇航局计划的诸多火星任务准备工作的一部分。
火星之旅可能要花费7到8个月的时间，和不载人火星登陆任务所需的时间差不多，不是因为火箭的驱动力有限，只是因为行星运行轨道的限制。火星任务的发射工作大概每两年启动一次。当地球和火星在各自的轨道上运行到距离彼此最近的时候，我们可以称之为发射窗口打开，火箭就可以通过这个最短的距离到达火星。美国宇航局和其他航天机构不可能不利用这个窗口。
要想利用这个时机，宇航员就需要在火星上待上一年的时间，等到行星重新这样排列的时候他们才能回来。这一点需要特别注意。美国宇航局始终坚持宇航员只要完成了他们的任务就可以回到地球，而不会被留在那里度过余下的时光。
这也就解释了为什么关于人体在长期宇宙飞行中的反应的研究会如此重要。我们需要知道宇航员是否能够适应在微重力环境生活长达两年的时间，以及宇宙射线的影响究竟有多大。
在火星表面上，宇航员可能会有多种生活场景，比如在温室里种种菜，同时改良版的太空服（目前达到Z2版）可以使宇航员得以在火星表面行走，以及实施重要的实验。
就像Troutman指出的那样，要完成火星之旅不只是而且不应该只是依靠科技的进步。他说：“人类登陆火星的长期目标是建立一种人类能够生存的方式。多建立一个人类能够生存的生物圈就可以多增加几分人类度过人为或自然灾难的几率。”
“没错，我们有科学、商业、创意和技术衍生品，但是他们都是可以通过机器人任务来完成的短期成果。但对于测试火星环境来说，只有把人类送上火星，我们才能知道要保证人类的生存到底需要什么。机器人不能代替我们生活。”
凯利补充说：“阿波罗空间计划（我们曾追求的登月梦想），已经从根本上改变了我们今天的生活，改善了落后乡村的饮用水条件，建立了新的医疗和药物流程，并且极大地提高了沟通和运算的效率。我们的工作、娱乐等诸多方面都有很大改变。你能想象我们能从适应火星环境的努力中学到什么吗？”
Troutman说，如果资金不是问题的话，我们可以每周向月球、火星或其他被选中的小行星发射一个火箭。这些火箭上将载满机器人，建筑材料和重要的空间部分。当然，资金是一个问题，所以我们的进步会很慢，但是很稳定。尽管登陆火星的梦想有些时候还带有想象的成分，但是我们有必要注意到那些最重要的部分已经完成了。
在40年后，我们就会知道谁是第一个踏上火星的人。他们的名字会被铭刻在历史上。到时候你可以回来，再读读这篇文章，并且回忆起今天的所有这些当初是怎样成形的。2015年会是登陆火星不再只是幻想的一年，没错，它最终会实现的。
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