最近，特朗普簽署行政令，準(zhǔn)備將美國航天員送往火星，加上馬斯克連續(xù)發(fā)布“移民火星”計劃，使載人登火再次引發(fā)了廣泛關(guān)注。不過，外界分析認(rèn)為，載人登火仍面臨多重難關(guān)，綜合考慮各方面因素，航天員大概在2050年左右才有可能安全、穩(wěn)妥地開展火星之旅。

航天員開展火星之旅想象圖。

為什么實現(xiàn)載人登火還需要那么久？這就要從載人登火必須攻克的難關(guān)談起。

20世紀(jì)60年代，隨著美國和蘇聯(lián)開展“太空競賽”，探索火星成為重要目標(biāo)，但受限于技術(shù)水平，成功的火星探測器寥寥無幾。隨后，“阿波羅計劃”載人登月連續(xù)成功，近地軌道空間站開始建設(shè)，兩大航天強(qiáng)國調(diào)整了戰(zhàn)略發(fā)展方向，火星探測逐漸“冷卻”，遺留了很多尚未解決的技術(shù)難題。

地球和火星的距離最遠(yuǎn)可達(dá)4億公里，最近也超過5000萬公里，經(jīng)計算軌道周期可知，兩大行星每隔780天左右才會短暫靠近，即所謂“會合周期”。這意味著，在使用化學(xué)能動力的前提下，航天器完成地火單程飛行需要半年以上，回程也要等待“窗口期”，再考慮到航天員在火星表面工作，預(yù)計完整的地火往返旅行耗時不少于3年。這個時長指標(biāo)是當(dāng)前載人航天技術(shù)難以支持的，更不必說涉及深空環(huán)境潛在風(fēng)險、復(fù)雜工程組織管理、綜合任務(wù)保障、航天員安全性等因素。

其中，航天員安全性問題特別突出。載人航天各個分系統(tǒng)均盡量提高冗余，確保航天員安全可靠地執(zhí)行任務(wù)。眾所周知，經(jīng)歷長期太空微重力環(huán)境生活后，人體的骨骼肌肉、心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等普遍會遭受明顯的消極影響。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，航天員想執(zhí)行火星任務(wù)，必然長期處于不斷變化的重力環(huán)境中，生理風(fēng)險難以評估，心理隱患也不容忽視。如果不能解決這個問題，載人登火任務(wù)就會面臨更加復(fù)雜的道德和社會風(fēng)險。

究其根本，這體現(xiàn)了當(dāng)前火箭、載人飛船等航天器動力/運力不足的尷尬。在“阿波羅計劃”促使人類暢想載人登火的年代，馮·布勞恩經(jīng)過研究論證，認(rèn)為需要10枚土星5號重型火箭才有可能實現(xiàn)載人登火。這樣看來，如果使用“太空發(fā)射系統(tǒng)”等傳統(tǒng)設(shè)計的重型火箭執(zhí)行載人登火任務(wù)，必然付出難以承受的代價。

對此，科研人員提出的主要思路有兩種：其一，推動航天器動力革新，擺脫化學(xué)能動力限制，大幅縮短地火單程飛行時間，但相關(guān)技術(shù)成熟應(yīng)用恐怕不會早于21世紀(jì)中期；其二，提高載人航天器保障能力，改善航天員太空生活條件，具體措施包括顯著擴(kuò)大載人航天器供電供氧供水能力、設(shè)置人造重力空間、提供更豐富的太空娛樂和更穩(wěn)定順暢的天地通話條件等。

馬斯克近期宣傳，2026年發(fā)射“星艦”著陸火星，2028～2029年嘗試“星艦”載人探火計劃，屬于后一種思路的嘗試，或許有望提高載人登火任務(wù)的成功率，但必須解決“星艦”高頻次發(fā)射、重復(fù)使用、“太空加油”等難題。從測試進(jìn)程來看，“星艦”何時獲得深空載人資質(zhì)也難以預(yù)料。

“星艦”飛行圖。

更麻煩的是，航天員安全著陸火星表面后，如何克服地火通信的延時困難，在充滿未知的荒蕪環(huán)境中完成任務(wù)，再實施一次安全性要求苛刻的載人發(fā)射？科研人員對此嚴(yán)重缺乏經(jīng)驗和系統(tǒng)性研究。

有觀點認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)先行開展足夠多的無人火星任務(wù)，利用人工智能技術(shù)，初步在火星軌道和表面上建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施，支持航天員活動，預(yù)計相關(guān)技術(shù)測試和工程組織耗時不少于20年。

此外，從火星表面發(fā)射載人航天器返回地球，怎樣解決推進(jìn)劑問題？如果從地球?qū)⒋罅總鹘y(tǒng)化學(xué)推進(jìn)劑攜帶到火星，那么成本過于高昂。如果嘗試?yán)没鹦琴Y源制取足夠的化學(xué)推進(jìn)劑，或者從地球輸送新型能源設(shè)備到火星，相關(guān)技術(shù)成熟應(yīng)用也很難早于21世紀(jì)40年代。

事實上，外界分析美國航天官方預(yù)算和商業(yè)航天投資情況，發(fā)現(xiàn)載人登火計劃似乎并未被認(rèn)真對待。

一方面，特朗普簽署載人登火行政令，表明美國官方將投入一定的資源，支持預(yù)研工作，相比大規(guī)模工程實施，仍有很大的差距。目前，美國宇航局的預(yù)算重點是“重返月球”、國際空間站運營、無人探索更遙遠(yuǎn)的行星，對火星探索的支持不足，火星采樣返回計劃更是橫生波折。

另一方面，商業(yè)航天探索火星的熱情不像宣傳愿景那么高漲，主要目標(biāo)是爭取火星環(huán)繞器訂單，利用美國宇航局的技術(shù)積累，通過優(yōu)化管理和針對性技術(shù)攻關(guān)，在火星登陸、采樣等環(huán)節(jié)中降低成本。哪怕是技術(shù)實力最強(qiáng)、宣傳最有力的SpaceX公司，仍然主要關(guān)注在近地軌道乃至地月空間尋找更多盈利機(jī)會。

總之，考慮到巨大的系統(tǒng)工程與技術(shù)挑戰(zhàn)，加上人類生理條件很難適應(yīng)漫長而充滿風(fēng)險的火星之旅，各國航天對載人登火普遍處于預(yù)研階段。相信積累更多工程技術(shù)經(jīng)驗后，人類有望在21世紀(jì)中期踏上火星。

來源：中國航天報

轉(zhuǎn)載時間：2025-02-10

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