如何到火星上溜一圈，再安全地回來？

北漠寒

人類送往火星的航天器已經告訴我們不少關于這顆紅色星球的信息。比如，它擁有太陽系中最高的山峰，還可能擁有地下湖。很久以前，它不像現在是一片冰凍沙漠，而是溫暖、濕潤之所。然而迄今為止，人類還未曾親自登陸火星。

畢竟，在火星上著陸并非易事。自1971年以來，人類已經18次派出前往火星的著陸器，其中11次以失敗告終：著陸器要么直接墜毀，要么著陸后發生致命故障，要么與地球徹底失聯。可見，直接派送人類登陸火星將面臨極大的風險，因此我們還需要更多的嘗試。

然而，人類登陸火星并非遙不可及。美國國家航空航天局（NASA）希望用十年多的時間實現這一目標。美國太空探索技術公司（SpaceX）的創始人埃隆·馬斯克表示將在火星上建立人類定居點。中國、俄羅斯和印度等國也把目光投向了火星。

國際上掀起了“火星熱”，因為有充足的科學理由表明人類有必要登陸火星。火星漫游車的確做了很多了不起的工作，但它們沒有人類的智慧、學識和直覺，甚至無法解答困擾人類許久的問題：我們在宇宙中是孤獨的嗎？也許火星才是回答這一問題的最佳場所。

如果我們想真正了解火星，以及解決一些根本問題，就必須把人類送往火星。

為了抵達火星，從地球發射升空的航天器將攜帶著大量物資，穿越死寂的星際空間，然后在紅色星球上安全著陸。盡管旅途漫漫且令人生畏，但并非無法實現。下面就是我們的火星之旅分步指南。

駛離地球，我們需要什么樣的火箭

當地球和火星相距最近時，距離約5500萬千米。盡管旅途遙遠，但就目前的火箭推進系統而言，在太空中穿過這段距離，技術上不算太難。

航天器一旦離開地球足夠遠，受到的地球引力會顯著減小，此時就可以利用較小的推力抵達火星。整個旅程大概需要9個月，這只比航天員在國際空間站上停留的標準時長（6個月）久一些。

為此，我們不需要設計新型發動機，也不用費心去使用加速太慢的太陽帆。積累幾十年的太空探索經驗告訴我們：我們需要的只是一枚運載能力更強大的火箭。

目前世界上大概有7種火箭可以幫助完成火星之旅。其中最強大的當屬SpaceX公司建造的“重型獵鷹”運載火箭，其運載能力足以勝任搭載任何一臺著陸器或漫游車。

但是，載人抵達火星所需的物資將更多。據估算，6人構成的航天小組，搭載食物和水往返火星，至少需要20噸物資。2017年，NASA一份報告顯示：一旦把科學器材和保障航天員在火星生存的裝備（比如一臺發電機和一處住所）一并考慮的話，物資總質量將會達到100噸。

目前，研制中的兩款火箭具有更強大的運載能力：NASA的“太空發射系統”至少可以運載45噸物資抵達火星，SpaceX的“大獵鷹火箭”的搭載量預期可以超過100噸。

換言之，“建造更強大的火箭”這一目標已初具雛形，而且我們可以在載人抵達之前先運送一些裝備到火星上，以減少火箭的載荷。

前往火星，我們要注意什么

未來，人類將離開地球去適應火星上的長期生活。隨著太空探索技術的不斷發展，訪問國際空間站將像到自家后花園去露營一樣簡單。只是，平常我們出門在外，親朋好友會時不時送來三明治。而如果我們要去火星，就需要自己帶好足夠的“三明治”了。

我們擔心的不僅僅是食物。如果航天器出了故障，我們就得有備件和工具去修復它。如果我們不小心生病了，就需要找出對癥的藥物。然而，額外的物資就意味著更多的燃料和更多的費用，因此，我們不可能攜帶所有備用的物資登陸火星。那我們該怎么辦？

攜帶一臺可以按需生產部件的3D打印機，不失為一個優秀的解決方案。國際空間站已經擁有一臺了，NASA也正在做相關測試。因此，我們的火星之旅可能會帶上一臺3D打印機和原材料，而不是一堆可能用不上的零部件。

無法攜帶足夠的藥品會很麻煩。科學研究表明，細菌可以在航天器中繁衍。另有研究表明：在模擬微重力環境下，細菌能演化出對廣譜抗生素的抗藥性，而且這種抗藥性持續的時間比在地球上更久。目前我們已采取了一些應對措施：在航天器洗手間的門把手表面涂上抗菌層；航天員攜帶一些未加工的藥物配方，而不是完全合成好的藥物，以便可以按需制造藥物。為此，一種可以自動合成簡單藥物的系統已展開測試。

無論航天員是否生病，他們都會受到太空環境的物理影響。比如，在少了地球引力的環境中，航天員的肌肉和骨骼開始衰退。研究表明，即使每天鍛煉，航天員在兩星期內也會損失20%的肌肉量。

幸運的是，盡管火星的引力遠小于地球，但航天員在這顆紅色星球上行走還不算太難。當然，為了盡可能地消除影響，航天員在火星上也要每天進行數小時的鍛煉，享受特制的飲食，還必須穿增壓服。

除了失去地球引力，航天員還無法受到地球磁場的庇護——地球磁場可以屏蔽有害的宇宙射線。航天員在火星上受到的宇宙射線輻射量大約是地球上的幾百倍，而女性航天員的身體對輻射更敏感。

執行火星任務的航天員，即使按照最短的往返路線來計算，受到的輻射量也約占人體能承受的最大輻射量的60%，這還沒考慮在火星表面停留時受到的輻射。目前來看，我們必須評估每一項任務指標是否與航天員的健康標準相違背。

航天員的心理健康方面也存在一定的風險。當地球不斷遠去，遠到成為太空中的一個光點時，就會給航天員帶來巨大的心理挑戰。因為在日常生活中，我們與伸手可觸的美麗地球建立了一種穩定的關聯，而當失去這種關聯時，就會造成心理上的空缺，需要其他東西來填補。

到達火星，我們如何著陸和生活

經過數月的太空穿越，載人火星之旅即將到達目的地，也將面臨最危險的階段——著陸。火星上幾乎沒有大氣，平均大氣密度僅為地球大氣密度的1/160，這意味著航天器減速時，降落傘將無法產生足夠的拖力，從而不能使速度進一步降低。

我們可以利用反沖火箭來減速，就像“阿波羅11”號登陸月球時采取的措施一樣。不過，由于火星上的重力要比月球上的重力大，我們將需要更多的反沖火箭。因此，研究人員一直努力探索改進火星上的著陸方式。

NASA研發了一種超音速充氣式氣動減速器，它由一系列纖維增強組織制成，可以形成一個比降落傘更堅固的充氣結構，足以產生更大的緩沖力。目前，NASA已經測試了一些小型減速器模型。

然而，真正的困難或許不在于我們如何在火星上著陸，而是在哪里著陸才合適。

火星兩極附近似乎是著陸的理想之所，因為我們知道那里存在地下冰，也可能擁有由液態水形成的地下湖。這些都是至關重要的資源，因為航天員會消耗大量的水，而從地球上帶往火星的水又非常有限。問題是，火星兩極地區的氣溫會低至-195℃，且容易發生塵暴，這會使著陸更加困難。

火星赤道區域的氣溫大多在-100℃以上，最高氣溫可達20℃，那里極少遭遇塵暴，而且陽光充足。航天員不僅可以充分利用太陽能，還能探索各種有趣的地形。但是，火星赤道附近缺乏可被利用的水。

這是一個棘手的問題。不過，對于第一次前往火星的載人航天器而言，最可行的辦法是著陸在漫游車已經勘探過的某地。一旦著陸成功，航天員將會在原地停留一段時間。

即使他們沒有建立一個永久基地，也要至少停留數月時間以等待火星再次沖日。火星沖日時，地球與火星同在太陽一側，且三者處在同一直線上，這樣返程時間才會盡可能縮短。

當然，在火星上建立基地就必須應對各種問題。比如，除了極寒環境外，還面臨著可能會被小隕石擊中的風險，而且這些隕石在火星極其稀薄的大氣層中不會燃燒殆盡。此外，還要面對因火星沒有磁場而無法屏蔽的太空輻射。

如何規避這些風險？以送往火星的航天器作為基地似乎合情合理，但居住艙空間狹仄，只能當作航天員的起居室。有科學家建議，前往火星時攜帶用于建造住所的材料，但這會大幅增加發射時的載荷。

NASA正開展一項利用火星表面的既有資源3D打印火星棲息地的研究，比如用壓縮的火星土制成磚，然后建成穹頂狀住所。目前，NASA嘗試以仿制的火星土為原料，研究“火星磚”的最佳制造方法。

一項提議是，火星上遠古火山熔巖形成的圓柱形洞穴是天然的輻射防護屏，或許可以作為人類棲息地。通過衛星圖像，科學家已經觀察到火星上這種山洞的入口，并分析了它們的結構。研究表明，由于火星上重力微弱，那些洞穴綿延數千米，寬度為二三百米。總有一天，它們將容納一整街的“火星居民”。

除此之外，還有很多其他急迫的需求值得我們考慮。比如，火星上的水并不容易獲取，即使航天員著陸在富含地下水的位置，也需要攜帶沉重的挖掘設備才能獲取水資源，而且不能保證地下水取出地面后就可以飲用。

航天服也不容小覷，它們必須有極佳的防塵功能，因為火星土壤中充滿了致命的化學物質。NASA已開始研制擁有特殊涂層材料的新一代航天服，以期解決粉塵問題。

重返地球，我們回家了

很多人都希望，人類未來會在火星上永久定居。但是目前，所有載人火星任務計劃都包括了帶航天員返回地球的舉措。這就意味著航天員需要再忍受一次發射，又歷經約9個月的旅途時光，再一次面臨著陸。

幸運的是，第二次發射相對容易一些，因為火星稀薄的大氣層及微重力環境使得航天器進入太空并不困難。盡管旅途還是一樣漫長，不過地球家園的蔚藍光芒將逐漸變得明亮。著陸地球也相對簡單，航天器上的降落傘和地球厚厚的大氣層會幫助我們實現。

當航天員從返回艙里伸出頭探視時，他們已平安地到達地球家園，他們會被嘈雜的人群包圍。火星上飛旋的塵土已將他們的腳印覆蓋，但居住艙仍將留在那里，等待下一批客人的到訪。