通向火星之路

□ 尹怀勤

英国《每日邮报》网站5月30日报道，美国航宇局宣布，根据对人类航天计划的考量，决定在2035年把人送上火星。但报道称，美国无法独立完成这个任务，需要各国航天部门共同合作来完成，而中国有可能成为重要的合作对象。

美国航宇局首席科学家埃伦·斯托凡在英国各地的一系列访谈和讲话中，简要介绍了在未来20年实施火星登陆计划的情况。她表示，将人类送上火星是美国航宇局的“首要任务”，虽然完善所有相关技术还有很长的路要走，但2035年将实现他们的最终目标。

火星宜居吗？

近年来，美国航宇局一直在以最终实现载人登陆火星为目标，推进相关项目的进展。斯托凡在位于伦敦的英国自然历史博物馆发表讲话说：“科学家只有登上火星表面，才能确定无疑地解答有关火星上是否存在生命的疑问。”

火星是人类进行深空探测发射航天器的数量仅次于月球的天体。尽管已有多个航天器在火星表面或近空进行了探测，有的至今仍在工作，并都发回了大量数据资料，发现火星表面下一定深度处仍有流动水和极部附近地区存有冰冻水，但是迄今还未能最终回答火星上是否存活着生命的问题。人们不难理解，经过航天员登陆这颗红色星球进行实地考察知道火星如果存在生命或其环境条件能够适合生命存活的话，这对于人类长期生存也是至关重要的，因为它不仅可以充当地球发生灾难时人类的逃生绳索和安身之地，而且还可以作为飞向更远天体的中转站。树立这样一个鼓舞人心的向火星移民的目标，将是坚持技术攻关和不断创新关键的一步。

打造火星之梯

为了送人登陆火星，美国正在进行各项技术准备工作，包括研制“太空发射系统”重型运载火箭和“猎户座”载人飞船。这两个项目都是人类未来登陆火星表面并重返地球的必备条件。

2011年9月14日，美国航宇局确定新一代“太空发射系统”的设计。初期的“太空发射系统”全长97.5米，起飞质量2495吨，3台液氢液氧发动机外加2台固体助推器，提供了高达3810吨的起飞推力，比发射阿波罗载人登月飞船的土星五号火箭的起飞推力还高了10%。不过“太空发射系统”初期使用的低温上面级发动机推力太小，只具备将70吨的有效载荷发射进入轨道。最终版本的“太空发射系统”全长122米，起飞质量增加到2948吨，第一级将改用5台液氢液氧发动机，上面级直径也增加到和芯级一样的8.4米，发动机为1台～3台大推力的J-2X低温发动机，能够将130吨的有效载荷送入太空预定轨道。2024年首次发射不载人飞行的“猎户座”飞船，次年即发射载人飞船。“猎户座”多用途太空飞船可以搭载6名航天员。

“太空发射系统”运载火箭发射想象图

“太空发射系统”运载火箭发射场想象图

“太空发射系统”运载火箭载人型（左）和货运型（右）对比

“太空发射系统”预计花费180亿美元开发，2012年至2017年间，每年将编列30亿美元的预算；其中100亿美元用于“太空发射系统”本身：20亿美元改建发射台及肯尼迪航天中心：60亿美元用于“猎户座”载人飞船的研制。由于“太空发射系统”这种火箭只能一次性使用，美国航宇局官员透露，本世纪20年代到30年代中期，美国将连续15年每年建造和发射一枚新的运载火箭。2025年航天员向附近的小行星进军，最后目标是2035年载人环绕火星飞行，并在火星着陆。

先去小行星练兵

在登陆火星之前，美国航宇局首先要把一颗小行星转移到月球与地球之间的轨道，航天员随后会登上这颗小行星。此举被看成是检验火星项目相关技术的一块重要跳板。

早在2012年12月23日就有媒体报道，美国航宇局的科学家们打算捕捉一枚500吨重的小行星，调整它的位置，把它变成航天员前往火星途中的空间站。为了实现最终载人登陆火星的目标，美国航宇局正在筹划2025年发射“猎户座”飞船载人先登陆小行星。这种飞船的制造商洛克希德·马丁公司已经拿出一项派遣两位航天员持续半年时间探索小行星的代号为“移民石”的计划。“猎户座”飞船现已具备登陆小行星所需的绝大多数要求。派遣载人航天器造访小行星,将是美国登陆火星任务的一项宝贵技术测试及演习。航天员成功着陆小行星,可以直接了解对方的实际情况,帮助科学家们加深对该类天体的认识,并为登陆火星进行探路和储备技术。

美国航宇局和加州理工学院科学家撰写的可行性报告阐述了他们将如何捕捉小行星。当选定的小行星运行到距离地球较近位置时，先用火箭发射到它身边的袋子将其包裹起来，后用袋子携带的助推器产生的推力使其停止旋转，并把它拖运到地-月系统第一拉格朗日点L1稳定下来，再将其建设成为可以住人的空间站。航天员将以这里为固定基地乘坐载人飞船奔驰并登陆火星或火星的卫星，也可以由此飞向太空其他小行星。不言而喻，要将捕捉到的小行星建成空间站，犹如盖房子，它仅是一块地基，需要多次向它发射载人飞船和货运飞船，航天员必须多次进行太空行走与操作，充分利用它的体积和结构特征，安装和构建必不可少的居人和存货以及科学实验舱段，包括生命支持系统、必要的科学仪器、操作工具、通讯设备和姿态控制火箭等，还要装置航天器空间交会对接机构。在此过程中，仍需解决一些意想不到的技术难题。从目前情况看来，美国航宇局只是计划让“猎户座”飞船载人登上位于L1点的小行星以取得飞行技术经验，并不打算从小行星上发射载人航天器奔赴火星，将来仍然从地球上直接进行这种发射，开始航天员往返火星之旅。

“猎户座”飞船飞向火星

美国亿万富翁丹尼斯·蒂托提出的“灵感火星”计划中的双人环绕火星飞行飞船

美国三代火星车对比：1997年的“索杰纳”号（小）、2004年的“勇气”号/“机遇”号（中）、2012年的“好奇”号（大）

呼唤国际合作

斯托凡在英国皇家学会表示，美国航宇局并不打算独自推动火星登陆计划，他们需要和其他国家进行国际层面的合作。斯托凡还表示，首次行动将是一场历时3年的火星往返之旅，这将拉开人类最终定居火星的序幕。

她说：“我不觉得首批登陆人员有必要留在那里，但我们应该把他们的行动看成是在打前哨。虽然我们希望为他们创造出返回地球的条件，但这确实标志着人类长期滞留火星的开始。”虽然这项计划恐怕会成为人类最伟大的成就，但斯托凡还是强调说一定要保持谨慎。向火星发射航天器可选用多种飞行路线。

为了节省能量,通常采用外切于地球公转轨道、内切于火星公转轨道的霍曼轨道。“猎户座”载人飞船沿该轨道飞行所需速度最小,从地球奔驰到火星需用时259天，环绕火星飞行和航天员登陆星面进行考察勘探和安装仪器完成科学实验，还需要一定的时间。这就是载人往返火星一次需要3年时间的原因。由于太阳、地球、火星处于同一条直线的间隔时间即会合周期为780天,故而每26个月才有一次沿霍曼轨道发射航天器的窗口。

包括私营企业荷兰“火星一号”太空发射公司在内的一些机构已经宣称将在2025年以前实现载人登陆火星，但这些机构尚未公布任何具有可行性的研发成果。

与之相比，美国航宇局采取了更为谨慎的做法。斯托凡说道：“我们希望确保航天员活着到达火星表面。对我们来讲，这一立场绝对不会动摇。需要完成的工作还有许多，所以我们需要全世界所有太空机构都携起手来开展合作。”

麻烦在于，该局将会发现自己难以承担旅行费用。

英国《新科学家》周刊网站6月4日报道称，这就是美国科学院当天发表的对于美国载人航天飞行计划价值的全面评估的结论。建议的解决方案包括，实施前往小行星的旅行以测试火星飞行技术，以及加强与国际合作伙伴——最重要的是与中国的协作。

问题在于，出于对国家安全的担忧，眼下美国禁止航宇局与中国开展联合项目。该报告指出，考虑到中国在航天领域的迅速进步，美国正在错失集中资源开展潜在火星飞行的机会。

报道称，国际协作可以帮助分担费用，但问题之一是，美国的大多数传统合作伙伴如俄罗斯或欧洲空间局眼下只把目光停留在月球上。如果美国想与潜在合作伙伴联手实现自己的短期目标，那么另一个可能的途径是建立月球基地，作为前往火星的过渡。同时，美国还应与其私营部门的合作伙伴如太空探索技术公司和轨道科学公司保持合作。但是专家小组并不确信太空探索技术公司的“猎鹰”重型运载火箭将具有足够的动力把人类送上火星。

“弃月奔火”战略注定失败？

据法国《世界报》网站6月8日报道，一份指向美国航宇局太空开发计划的报告认为，靠美国目前的太空预算前往火星是不可能的，该计划注定失败并且美国将失去在太空的主导地位，从而呼吁航宇局在征服火星前先重返月球。这份由美国全国研究委员会撰写、美国国家研究院发布的文件写道：“航宇局开发发射系统和飞船以在外太空飞行，同时继续几乎单凭一己之力开发太空空间站。继续目前的方式和预算带来的将是失败和失望。”

全国研究委员会主席之一、康奈尔大学太空研究中心主任乔纳森·卢宁强调说：“超过50年来，美国一直是人类探索太空的领军者。随着国际空间站计划结束，我们的成员伙伴在地心轨道上的活动也将完结。我们必须现在决定如何以可持续的方式进行外太空载人航天开发。”“在很少的几个有可能的目的地中，最遥远、最困难的是将人类送上火星。这应是我们的终极目的。”

未来的火星基地

乘坐火星载人飞船飞向火星

但是，报告认为，推动在遥远空间的载人探索需要数十年时间以及数千亿美元。尽管报告作者没有提出特别的预算数字，但他们认为靠目前美国在太空方面的预算前往火星是没有任何可能的。全国研究委员会主席之一、珀杜大学校长米切尔·丹尼尔斯在一篇对奥巴马和美国国会的评论中说：“本委员会得出的结论是，一切载人航天计划不仅需要适合的预算，还要有国家领导人的支持。”报告认为，这样一个计划的成功需要全国共识以及国际合作，包括与中国的合作。

报告作者还提出了征服火星的三个可能方法，其中两个都要求美国要首先返回月球。他们认为，重回月球将有助于国际合作，能激发其他国家的兴趣。此外，这还有助于为未来的火星任务改进登陆技术和载人登陆舱。专家们认为捕获小行星需要很多技术，而且对前往火星没有用处。

针对这一报告，美国航宇局保证说：“前往火星已取得重要进展并将继续朝这一方向发展。”华盛顿太空政策研究所前所长约翰·洛格斯登承认说：“我们没有在载人航天计划中清楚地说明目标，这份报告很可能是最坦率的。但我不认为这一报告能改变什么。”情况究竟怎样，人们只能拭目以待。