登陸火星

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

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。火星上有沙塵暴，有土壤，有巖石，甚至地下還有豐富的礦產(chǎn)資源。火星的兩極，也有冰凍的白色冰原。

這一切，與地球是那么相似。

上世紀五六十年代，剛進入太空時代伊始，人類曾經(jīng)把深空探測的重點放到了以美麗之神維納斯為名的金星上，因為它與地球的大小相似，距離最近。但科學(xué)探測后發(fā)現(xiàn)，金星其實是一個地獄般的星球，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歇菜。因此，這是一個不可能有生命的星球，也不可能讓人類移居。人類對金星的探測興趣越來越弱。

正好相反，人類對火星的探測熱情是隨著探測程度和認識深度的加深而逐漸提高的。隨著對火星的認識越來越綜合、全面、系統(tǒng)，我們發(fā)現(xiàn)，火星是整個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)難和危機時，人類就可以移居到火星，在那里開拓新的家園。

每當我在報告中提到載人登陸火星或者移民火星時，很多人會覺得不靠譜，是科幻。但隨著人類對火星越來越了解，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際的想法，正在變得越來越可行，離我們越來越近。

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，這個過程在地面上難以現(xiàn)場指揮，只能靠航天器自主操作，被稱為“黑色7分鐘”，失敗風險是最高的。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，鳳凰號登陸火星時采用了可壓縮性的著陸支架進行緩沖；機遇號和勇氣號火星車登陸時采用降落傘減速，加上用氣囊在火星表面彈跳，減少對火星車的沖擊；更先進的好奇號火星車登陸時，研發(fā)了新的天空起重機技術(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，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，除了天空起重機之外，還需要研發(fā)更先進的火箭反推技術(shù)，才能達到有效的減速。

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

火箭。火箭是航天的基石，沒有火箭，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）。這種重型運載火箭最終的運載能力將達到143噸，甚至可能達到165噸，與阿波羅登月時的土星五號非常相近，號稱史上最強運載火箭。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，進入了環(huán)繞太陽的軌道。獵鷹重型號稱現(xiàn)役最大推力火箭，一級火箭可以回收后重復(fù)使用，星際運輸成本更低。在此基礎(chǔ)上，有望打造一條從地球往返火星的廉價航線。馬斯克在火星上退休的夢想又近了一步。

能源供應(yīng)。火星上的1晝夜是24小時39分鐘，也有白天和黑夜。而且，火星比地球更遠離太陽，太陽光強度比地球上弱。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，其實大可不必。好奇號火星車、飛越冥王星的新視野號，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多個深空探測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距離，以及昂貴的運輸代價，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輸量，可以降低火星基地建設(shè)成本，降低建設(shè)風險。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。由于沒有全球性磁場，火星上的太空輻射要比地球上空的國際空間站、月球基地，都要強得多，對航天員的身體傷害和健康風險也要高得多。好奇號測量了火星表面的輻射劑量，科學(xué)家正在研制輻射防護技術(shù)，比如，利用火星土壤建設(shè)防護層，在火星上尋找洞穴，或者創(chuàng)造人工磁場，都可以防護太空輻射，減少對航天員健康的危害。

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？面對火星上的漫漫長夜和無邊的荒涼，面對長時間、甚至永遠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，在月球上登陸考察的經(jīng)驗，以及在極地和荒漠地區(qū)長期生存的經(jīng)驗，這些經(jīng)驗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，需要強大的綜合科技實力，還需要堅定的政治意志和強大的動員力。我們愿意去挑戰(zhàn)火星，不是因為簡單，恰恰是因為太難了。高難度的技術(shù)挑戰(zhàn)一旦突破，將牽引整個科技領(lǐng)域和國家實力的提升。而且，移居火星這種為人類命運共同體付出的代價，將贏得整個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星球，一定有獨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。火星，也將終將成為人類在太陽系中生存的另一個家園。

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