登上火星之前，那些人类要做的事

火星是地球的“近邻”，位于太阳系内的宜居带中，其地赝构成和演化过程均与地球有诸多相似之处。正因如此，自航天事业诞生以来，火星始终是航天科研的焦点之一，也是人类寄托探索梦想的对象之一。

目前，多个国家和国际组织的官方航天力量，已将实现人类首次火星采样返回作为近期深空探测的重要目标，并积极讨论载人登陆火星的长远计划。而以SpaceX为代表的商业航天新势力更是将“载人登火，移民火星”作为远期愿景。然而，外界分析认为，无人探测火星的成功率较低，载人探测火星的综合难度更大，凭借当前国际航天的技术基础，至少还须在以下五个方面攻克诸多技术难关。

第一，超重型运载火箭。

与无人火星探测器相比，载人火星探测器需要面临的挑战更为复杂和艰巨。为确保长期在地球与火星之间往返的航天员的身心健康，载人火星探测器必须配备生命保障系统，并在现有同类系统的基础上大幅升级，增加重量是不可避免的。换句话说，航天员需要生活在更大更重的飞船甚至大型空间站内，才能顺利完成复杂的火星登陆任务。因此，强大且高效的航天运输工具是必不可少的。

如果仍采用传统的化学能火箭，仅运力这一项指标，现今的运载火箭就无法达到。如果希望尽可能地缩短地球与火星间的航行时间，曾一度被搁置的核动力超重型火箭研究计划，或将重新启动。这种超重型火箭成本高昂，因此必须追求复用性能，以便支持可持续的载人火星探测与开发计划。

第二，远轨太空港——远离地球轨道的大型、超大型空间站。

由于地球和火星自身强大引力与大气层对航天器的影响，航天器发射和再入的过程面临较高的成本和风险。地火轨道会台周期长达约780天，载人火星探测任务应尽量遵循这一周期，合理规划发射窗口，而这也限制了航天器从地球向火星运送补给的能力。与此同时，人类目前对火星的开发、改造能力仍比较有限，火星表面条件要支持人类长期生存依旧道阻且长。综合这两方面来看，未来必须建设远轨太空港，布置支持设备，储备物资，供航天员在地火航线两端驻留，择机实施短期登陆火星任务。

为此，航天科研人员有必要先攻克在地月空间特殊轨道上建设空间站乃至太空港的技术难关，积累工程经验，随后在火星轨道上开展类似的工程项目。这就需要逐步掌握太空运输系统、远轨太空港总体设计和太空制造等一系列关键技术。

第三，载人探测任务的要求使得航天器实现安全着陆火星和返回地球的难度大幅增加，须研发全套系统方案。

火星存在稀薄大气和气动加热现象，因此航天员和航天器着陆火星无法像着陆月球那样“忽视”隔热防护系统，这就增加了航天器的研制难度。再考虑到地球和火星间的距离最近时也超过5000万千米，通信延迟问题比较严重，因此在未来的载人登火探测任务中，航天器必须能够实现自主着陆，而非依赖地球远程操控。

同时，航天员若要从火星返回，在当前技术基础上，必须提前在火星表面布置发射系统，并在火星轨道上布置对接舱段，这一过程的难度和风险可想而知。

第四，火星原位资源如何利用。

火星原位资源利用是指利用火星大气和土壤中的天然资源就地制备各种必需物资，是一种可持续性强且成本低的深空探测解决方案。由于火星表面空气稀薄，辐射强烈，极端温度交替，航天员不宜长期离开航天器密封舱或基地。另外，从地球向火星补给物资的成本极高且不可持续，即便建成了火星轨道太空港，依然无法解决所有问题。因此，研究如何利用火星的原位资源，就地解决建材、空气、食物、能源等供应难题，仍是不可避免的要求。目前，火星表面制氧实验、模拟火星土壤增材制造（即3D打印）研究初见成效，但距离满足载人登火任务所需，仍相当遥远。

第五，航天医学领域的挑战。

载人航天事业显著促进了航天医学发展，但航天员单次驻留太空时间远远低于载人火星探测任务所需的数年，航天医学研究仍存在许多空白。

在当前的技术条件下，载人登火之旅单程将至少持续数月。相比近地轨道任务，火星探测任务中飞船乘组成员更少、探测任务周期更长、太空失重和辐射环境更恶劣，航天员的身心健康无疑将面临巨大的挑战。太空失重带来的肌肉萎缩和骨质疏松，辐射带来的健康风险，都需要深入研究。此外，航天员在轨自行治疗和地球远程诊疗也将面临考验。有观点认为，航天员想要顺利登陆火星乃至探索更遥远的深空，最大的限制因素可能正是脆弱的人体本身。因此，为了确保载人登火任务的顺利完成，航天医学必须实现突破性进展。

既然面临如此多的困难，人类还有必要尝试登上火星吗？

事实上，人类绝不可能满足于永远生活在地球上。无穷的地外世界正等待着探索者迈出勇敢的步伐。各国新一轮探月大潮将月球资源勘探、开发作为重要目标，而金星的开发价值相对有限，火星就成为人类下一步飞出地月空间，探索广裹太阳系的“试金石”。或许，未来人类有望逐步建成位于月球、近地小行星、火星、主带小行星、木星卫星、土星卫星等的资源开发设施和补给站，真正成为“跨行星生存物种”。