如何到火星上溜一圈，再安全地回来？

北漠寒

人类送往火星的航天器已经告诉我们不少关于这颗红色星球的信息。比如，它拥有太阳系中最高的山峰，还可能拥有地下湖。很久以前，它不像现在是一片冰冻沙漠，而是温暖、湿润之所。然而迄今为止，人类还未曾亲自登陆火星。

毕竟，在火星上着陆并非易事。自1971年以来，人类已经18次派出前往火星的着陆器，其中11次以失败告终：着陆器要么直接坠毁，要么着陆后发生致命故障，要么与地球彻底失联。可见，直接派送人类登陆火星将面临极大的风险，因此我们还需要更多的尝试。

然而，人类登陆火星并非遥不可及。美国国家航空航天局（NASA）希望用十年多的时间实现这一目标。美国太空探索技术公司（SpaceX）的创始人埃隆·马斯克表示将在火星上建立人类定居点。中国、俄罗斯和印度等国也把目光投向了火星。

国际上掀起了“火星热”，因为有充足的科学理由表明人类有必要登陆火星。火星漫游车的确做了很多了不起的工作，但它们没有人类的智慧、学识和直觉，甚至无法解答困扰人类许久的问题：我们在宇宙中是孤独的吗？也许火星才是回答这一问题的最佳场所。

如果我们想真正了解火星，以及解决一些根本问题，就必须把人类送往火星。

为了抵达火星，从地球发射升空的航天器将携带着大量物资，穿越死寂的星际空间，然后在红色星球上安全着陆。尽管旅途漫漫且令人生畏，但并非无法实现。下面就是我们的火星之旅分步指南。

驶离地球，我们需要什么样的火箭

当地球和火星相距最近时，距离约5500万千米。尽管旅途遥远，但就目前的火箭推进系统而言，在太空中穿过这段距离，技术上不算太难。

航天器一旦离开地球足够远，受到的地球引力会显著减小，此时就可以利用较小的推力抵达火星。整个旅程大概需要9个月，这只比航天员在国际空间站上停留的标准时长（6个月）久一些。

为此，我们不需要设计新型发动机，也不用费心去使用加速太慢的太阳帆。积累几十年的太空探索经验告诉我们：我们需要的只是一枚运载能力更强大的火箭。

目前世界上大概有7种火箭可以帮助完成火星之旅。其中最强大的当属SpaceX公司建造的“重型猎鹰”运载火箭，其运载能力足以胜任搭载任何一台着陆器或漫游车。

但是，载人抵达火星所需的物资将更多。据估算，6人构成的航天小组，搭载食物和水往返火星，至少需要20吨物资。2017年，NASA一份报告显示：一旦把科学器材和保障航天员在火星生存的装备（比如一台发电机和一处住所）一并考虑的话，物资总质量将会达到100吨。

目前，研制中的两款火箭具有更强大的运载能力：NASA的“太空发射系统”至少可以运载45吨物资抵达火星，SpaceX的“大猎鹰火箭”的搭载量预期可以超过100吨。

换言之，“建造更强大的火箭”這一目标已初具雏形，而且我们可以在载人抵达之前先运送一些装备到火星上，以减少火箭的载荷。

前往火星，我们要注意什么

未来，人类将离开地球去适应火星上的长期生活。随着太空探索技术的不断发展，访问国际空间站将像到自家后花园去露营一样简单。只是，平常我们出门在外，亲朋好友会时不时送来三明治。而如果我们要去火星，就需要自己带好足够的“三明治”了。

我们担心的不仅仅是食物。如果航天器出了故障，我们就得有备件和工具去修复它。如果我们不小心生病了，就需要找出对症的药物。然而，额外的物资就意味着更多的燃料和更多的费用，因此，我们不可能携带所有备用的物资登陆火星。那我们该怎么办？

携带一台可以按需生产部件的3D打印机，不失为一个优秀的解决方案。国际空间站已经拥有一台了，NASA也正在做相关测试。因此，我们的火星之旅可能会带上一台3D打印机和原材料，而不是一堆可能用不上的零部件。

无法携带足够的药品会很麻烦。科学研究表明，细菌可以在航天器中繁衍。另有研究表明：在模拟微重力环境下，细菌能演化出对广谱抗生素的抗药性，而且这种抗药性持续的时间比在地球上更久。目前我们已采取了一些应对措施：在航天器洗手间的门把手表面涂上抗菌层；航天员携带一些未加工的药物配方，而不是完全合成好的药物，以便可以按需制造药物。为此，一种可以自动合成简单药物的系统已展开测试。

无论航天员是否生病，他们都会受到太空环境的物理影响。比如，在少了地球引力的环境中，航天员的肌肉和骨骼开始衰退。研究表明，即使每天锻炼，航天员在两星期内也会损失20%的肌肉量。

幸运的是，尽管火星的引力远小于地球，但航天员在这颗红色星球上行走还不算太难。当然，为了尽可能地消除影响，航天员在火星上也要每天进行数小时的锻炼，享受特制的饮食，还必须穿增压服。

除了失去地球引力，航天员还无法受到地球磁场的庇护——地球磁场可以屏蔽有害的宇宙射线。航天员在火星上受到的宇宙射线辐射量大约是地球上的几百倍，而女性航天员的身体对辐射更敏感。

执行火星任务的航天员，即使按照最短的往返路线来计算，受到的辐射量也约占人体能承受的最大辐射量的60%，这还没考虑在火星表面停留时受到的辐射。目前来看，我们必须评估每一项任务指标是否与航天员的健康标准相违背。

航天员的心理健康方面也存在一定的风险。当地球不断远去，远到成为太空中的一个光点时，就会给航天员带来巨大的心理挑战。因为在日常生活中，我们与伸手可触的美丽地球建立了一种稳定的关联，而当失去这种关联时，就会造成心理上的空缺，需要其他东西来填补。

到达火星，我们如何着陆和生活

经过数月的太空穿越，载人火星之旅即将到达目的地，也将面临最危险的阶段——着陆。火星上几乎没有大气，平均大气密度仅为地球大气密度的1/160，这意味着航天器减速时，降落伞将无法产生足够的拖力，从而不能使速度进一步降低。

我们可以利用反冲火箭来减速，就像“阿波罗11”号登陆月球时采取的措施一样。不过，由于火星上的重力要比月球上的重力大，我们将需要更多的反冲火箭。因此，研究人员一直努力探索改进火星上的着陆方式。

NASA研发了一种超音速充气式气动减速器，它由一系列纤维增强组织制成，可以形成一个比降落伞更坚固的充气结构，足以产生更大的缓冲力。目前，NASA已经测试了一些小型减速器模型。

然而，真正的困难或许不在于我们如何在火星上着陆，而是在哪里着陆才合适。

火星两极附近似乎是着陆的理想之所，因为我们知道那里存在地下冰，也可能拥有由液态水形成的地下湖。这些都是至关重要的资源，因为航天员会消耗大量的水，而从地球上带往火星的水又非常有限。问题是，火星两极地区的气温会低至-195℃，且容易发生尘暴，这会使着陆更加困难。

火星赤道区域的气温大多在-100℃以上，最高气温可达20℃，那里极少遭遇尘暴，而且阳光充足。航天员不仅可以充分利用太阳能，还能探索各种有趣的地形。但是，火星赤道附近缺乏可被利用的水。

这是一个棘手的问题。不过，对于第一次前往火星的载人航天器而言，最可行的办法是着陆在漫游车已经勘探过的某地。一旦着陆成功，航天员将会在原地停留一段时间。

即使他们没有建立一个永久基地，也要至少停留数月时间以等待火星再次冲日。火星冲日时，地球与火星同在太阳一侧，且三者处在同一直线上，这样返程时间才会尽可能缩短。

当然，在火星上建立基地就必须应对各种问题。比如，除了极寒环境外，还面临着可能會被小陨石击中的风险，而且这些陨石在火星极其稀薄的大气层中不会燃烧殆尽。此外，还要面对因火星没有磁场而无法屏蔽的太空辐射。

如何规避这些风险？以送往火星的航天器作为基地似乎合情合理，但居住舱空间狭仄，只能当作航天员的起居室。有科学家建议，前往火星时携带用于建造住所的材料，但这会大幅增加发射时的载荷。

NASA正开展一项利用火星表面的既有资源3D打印火星栖息地的研究，比如用压缩的火星土制成砖，然后建成穹顶状住所。目前，NASA尝试以仿制的火星土为原料，研究“火星砖”的最佳制造方法。

一项提议是，火星上远古火山熔岩形成的圆柱形洞穴是天然的辐射防护屏，或许可以作为人类栖息地。通过卫星图像，科学家已经观察到火星上这种山洞的入口，并分析了它们的结构。研究表明，由于火星上重力微弱，那些洞穴绵延数千米，宽度为二三百米。总有一天，它们将容纳一整街的“火星居民”。

除此之外，还有很多其他急迫的需求值得我们考虑。比如，火星上的水并不容易获取，即使航天员着陆在富含地下水的位置，也需要携带沉重的挖掘设备才能获取水资源，而且不能保证地下水取出地面后就可以饮用。

航天服也不容小觑，它们必须有极佳的防尘功能，因为火星土壤中充满了致命的化学物质。NASA已开始研制拥有特殊涂层材料的新一代航天服，以期解决粉尘问题。

重返地球，我们回家了

很多人都希望，人类未来会在火星上永久定居。但是目前，所有载人火星任务计划都包括了带航天员返回地球的举措。这就意味着航天员需要再忍受一次发射，又历经约9个月的旅途时光，再一次面临着陆。

幸运的是，第二次发射相对容易一些，因为火星稀薄的大气层及微重力环境使得航天器进入太空并不困难。尽管旅途还是一样漫长，不过地球家园的蔚蓝光芒将逐渐变得明亮。着陆地球也相对简单，航天器上的降落伞和地球厚厚的大气层会帮助我们实现。

当航天员从返回舱里伸出头探视时，他们已平安地到达地球家园，他们会被嘈杂的人群包围。火星上飞旋的尘土已将他们的脚印覆盖，但居住舱仍将留在那里，等待下一批客人的到访。