“火星一號(hào)”靠譜嗎?

□ 黃志澄

“火星一號(hào)（Mars One）”是由荷蘭人巴斯·朗斯多普(Bas Lansdorp)創(chuàng)立的非營(yíng)利組織提出的計(jì)劃。他們?cè)紝⒃?022年將首批4名志愿者發(fā)射升空，并于2023年登陸火星，此后每?jī)赡甓紝⑤斔?名志愿者到火星。目前“火星一號(hào)”計(jì)劃的目標(biāo)已后延兩年，2024年發(fā)射載人火星飛船，2025年到達(dá)火星。在載人單程赴火星之前，還要發(fā)射兩顆火星通信衛(wèi)星、火星漫游車(chē)和運(yùn)貨飛船。從2013年4月開(kāi)始，這個(gè)計(jì)劃開(kāi)始在全球招募志愿者；今年2月13日，公布了100人的大名單，中國(guó)內(nèi)地有兩人入圍，他們是河北省邯鄲林業(yè)局的農(nóng)藝師李大鵬和廣東的一家外貿(mào)公司銷(xiāo)售員林曉霞。今年年底“火星一號(hào)”計(jì)劃將公布24人名單。最近，由于央視等眾多媒體的報(bào)道，“火星一號(hào)”再次成為中國(guó)媒體上的一個(gè)熱點(diǎn)。

另一方面，我國(guó)的航天專家對(duì)“火星一號(hào)”計(jì)劃卻有完全不同的看法。全國(guó)政協(xié)委員、中國(guó)空間技術(shù)研究院空間科學(xué)與深空探測(cè)首席科學(xué)家葉培建院士,在3月2日在接受采訪時(shí)說(shuō)：“現(xiàn)在網(wǎng)上熱炒的招募志愿者移民火星的‘火星一號(hào)’計(jì)劃只是一場(chǎng)炒作，并不靠譜”。葉培建認(rèn)為：“這個(gè)機(jī)構(gòu)目前既沒(méi)有飛火星的飛行器，也沒(méi)有火箭，更不具備在火星生存能力，就想在2024年實(shí)施計(jì)劃，這像是個(gè)騙局，更是個(gè)笑話。退一步講，即使它具備上述所有能力，卻要求志愿者有去無(wú)回，也是違背倫理道德的”。

人類登陸火星還要等20年

人類的太空探索，肯定要循序漸進(jìn)。只有首先實(shí)現(xiàn)了航天員登陸和探測(cè)火星之后，才能實(shí)現(xiàn)火星移民。為此，我們首先來(lái)說(shuō)明實(shí)現(xiàn)載人登陸火星的關(guān)鍵技術(shù)。

首先，必須發(fā)展能將載人火星飛船送到火星軌道的大推力火箭。當(dāng)前，科學(xué)家研究了人類從地球前往火星的多種方案，但它們都包含三個(gè)步驟。首先，載人火星飛船要擺脫地球的引力場(chǎng)；接著繼續(xù)飛赴火星；最后，進(jìn)入火星的引力場(chǎng)并安全降落，還能安全返回地球。由于地球到火星的距離，遠(yuǎn)大于地球到月球的距離，載人火星飛船所需的燃料和給養(yǎng)遠(yuǎn)多于載人登月，所以載人火星飛船比載人登月的飛船要重得多。為了確保“火星之旅”成功，首先必須要擁有大推力的運(yùn)載火箭，它的低地球軌道的運(yùn)載能力要大于100噸，這樣才能保證飛船發(fā)射升空后能安全飛往火星。過(guò)去美國(guó)在執(zhí)行“阿波羅”登月計(jì)劃時(shí)，曾研制過(guò)“土星五號(hào)”重型火箭，但隨著時(shí)間的流逝，這些“大家伙”，都進(jìn)入了航天博物館。現(xiàn)在想重新制造這些大推力的火箭，在美國(guó)也還需要相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。美國(guó)航宇局（NASA）正在研制的“航天運(yùn)載系統(tǒng)（SLS）”中，能發(fā)射載人火星飛船的低地球軌道運(yùn)載能力為130噸的火箭，預(yù)計(jì)將在2032年首次發(fā)射，因此，將載人飛船發(fā)射到火星，至少要等到2032年以后。

其次，載人飛船要想登陸火星，必須突破進(jìn)入、下降與著陸（Entry,Descent, and Landing, EDL）技術(shù)的難關(guān)。到目前為止，各國(guó)發(fā)射的無(wú)人登陸火星的探測(cè)任務(wù)共有19次，但只有7次能登陸成功，其中最重的是“好奇”號(hào)，其著陸重量也不到1噸。比“好奇”號(hào)重得多，重量在10噸～50噸的載人火星飛船，其EDL技術(shù)的難度更大。火星上雖然也有大氣層，但和地球的大氣層卻大不相同。它的大氣層的成分主要是二氧化碳，但密度不到地球大氣的百分之一，而且不同時(shí)間和不同地點(diǎn)大氣的分布也不一樣。所以如何在不到10分鐘的降落時(shí)間內(nèi)，在這樣稀薄的大氣中，把速度從超高音速降到零，困難很大。拿“好奇”號(hào)來(lái)說(shuō)，它采用“天空起重機(jī)”方案來(lái)降落，需要在7分鐘時(shí)間內(nèi)，將它從時(shí)速20920千米降至零，風(fēng)險(xiǎn)很大。這就是著名的“好奇號(hào)的恐怖7分鐘”。對(duì)于載人的火星飛船來(lái)說(shuō)，“天空起重機(jī)”不再適用，尚需探索新的途徑。另外，由于火星的地形地貌十分復(fù)雜，而且有嚴(yán)重的沙塵暴，載人飛船只有實(shí)現(xiàn)比無(wú)人時(shí)更精確的著陸，才能確保人員安全。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)人火星探測(cè)器的落點(diǎn)精度為小于5千米，而載人火星任務(wù)要求小于100米，這就大大增加了技術(shù)的難度。

問(wèn)題不僅至此為止，由于稀薄的火星大氣對(duì)高速進(jìn)入的載人飛船之間的強(qiáng)烈摩擦，導(dǎo)致飛船出現(xiàn)嚴(yán)重的氣動(dòng)加熱。無(wú)人火星探測(cè)器一般進(jìn)入速度為7.6千米/秒,而載人火星任務(wù)的進(jìn)入速度可達(dá)到9.0千米/秒，因此，氣動(dòng)加熱問(wèn)題將更加突出，對(duì)于飛船防熱系統(tǒng)是個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

發(fā)展EDL技術(shù)主要采用理論分析、地面試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)等三種手段，突破這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)最后還要通過(guò)實(shí)踐。現(xiàn)在NASA在距離地面400千米的高空進(jìn)行飛行試驗(yàn)，來(lái)模擬火星EDL的情況，但它和火星上真實(shí)的情況還是有一定差距，但到火星表面的飛行試驗(yàn)的機(jī)會(huì)又很少，因此，要促使這些技術(shù)逐步成熟的難度就很大。美國(guó)航宇局負(fù)責(zé)載人火星任務(wù)EDL項(xiàng)目的主管米歇爾?孟克就認(rèn)為，未來(lái)的載人火星任務(wù)正面臨EDL技術(shù)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，突破這些關(guān)鍵技術(shù)將需要超過(guò)20年的時(shí)間。

最后，載人火星任務(wù)必須確保航天員在長(zhǎng)時(shí)間太空飛行中的健康和生命安全。在500多天前往火星的途中，航天員還得經(jīng)受住微重力和高輻射的考驗(yàn)，還有克服在狹小空間里長(zhǎng)期生活產(chǎn)生的心理上的壓抑感。為此，對(duì)航天員的身體素質(zhì)、心理素質(zhì)和醫(yī)學(xué)體征，都有嚴(yán)格的要求，并要對(duì)航天員進(jìn)行精心安排的一系列訓(xùn)練和試驗(yàn)，如俄羅斯進(jìn)行的“火星500”地面試驗(yàn)，就是其中一例。

2014年12月，美國(guó)航宇局成功完成“獵戶座”飛船第一次飛行試驗(yàn)（EFT-1）。在此次試驗(yàn)中，“獵戶座”飛船的總體方案、防熱，航天電子，防輻射、返回等系統(tǒng)的可靠性得到了檢驗(yàn)，從而為未來(lái)飛往更加遙遠(yuǎn)的深空奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。NASA為打造“獵戶座”飛船，前后已經(jīng)花費(fèi)90億美元。NASA預(yù)計(jì)研制成功重型運(yùn)載火箭（SLS）要花費(fèi)170億美元，并在2017年用SLS系統(tǒng)的低地球軌道運(yùn)載能力為70噸的火箭，發(fā)射“獵戶座”飛船進(jìn)行飛行試驗(yàn)。2021年將進(jìn)行首次載人飛行。然后飛船將執(zhí)行飛往月球、登陸小行星任務(wù)，并于2032年以后執(zhí)行載人到火星的探測(cè)任務(wù)。同時(shí)，美國(guó)民間正在發(fā)起一個(gè)“靈感火星”計(jì)劃，其內(nèi)容是在2020年把一對(duì)夫婦送到火星軌道上，然后再返回。這個(gè)計(jì)劃的創(chuàng)始人丹尼斯·蒂托本身是一個(gè)億萬(wàn)富翁，并曾在NASA工作過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間，他本人是搭乘“聯(lián)盟號(hào)”飛船進(jìn)入太空的第一位游客。他們這個(gè)計(jì)劃的目的既是激發(fā)民眾的熱情，又為NASA實(shí)現(xiàn)載人火星計(jì)劃打下基礎(chǔ)。

從NASA的載人火星計(jì)劃的進(jìn)度來(lái)看，人類登陸火星還要等20年，在這基礎(chǔ)上，才能研究火星移民的可行性。

“火星一號(hào)”或是一場(chǎng)真人秀

從“火星一號(hào)”計(jì)劃提出4年的執(zhí)行情況來(lái)看，它在資金和技術(shù)等方面，離它設(shè)定的目標(biāo)都相差太遠(yuǎn)。原定籌集60億美元的資金，目前到位的很少。在技術(shù)上，它想主要依靠太空探索公司，但目前太空探索公司的“獵鷹”9號(hào)火箭和 “龍”飛船，都是為滿足國(guó)際空間站的需求而研發(fā)的，離載人火星任務(wù)的需求甚遠(yuǎn)，何況太空探索公司有自己的發(fā)展路線圖，對(duì)是否支持“火星一號(hào)”任務(wù)，至今并未表態(tài)。

對(duì)于“火星一號(hào)”采取單程前往火星的設(shè)想，引發(fā)的爭(zhēng)議更多。荷蘭萊頓大學(xué)國(guó)際空間法研究所副所長(zhǎng)馬松·茨望恩說(shuō)：“由于計(jì)劃中被送往火星的志愿者有去無(wú)回，已經(jīng)觸及倫理問(wèn)題。”NASA的“好奇”號(hào)項(xiàng)目主管也認(rèn)為，當(dāng)志愿者提出要返回地球的要求時(shí)，“火星一號(hào)”有責(zé)任讓他們返回。在2014年1月，德國(guó)前航天員烏利希·瓦爾特，也為道德上的原因強(qiáng)烈批評(píng)了該項(xiàng)目。他說(shuō)，“他們用電視節(jié)目來(lái)賺錢(qián)。他們不關(guān)心那些人在太空會(huì)發(fā)生什么……如果我的稅錢(qián)被用于這樣的使命，我會(huì)組織抗議。”朗斯多普曾解釋為何選擇單程的理由是：“把人送上火星，讓他們活下來(lái)的技術(shù)是存在的，但讓他們返回地球的技術(shù)并不存在。”，這個(gè)說(shuō)法也未必正確。雖然單程可以減輕載人飛船的重量，但仍然無(wú)法避免載人火星最大的技術(shù)難點(diǎn)，即進(jìn)入、減速和著陸（EDL）技術(shù)。