最近，特朗普簽署行政令，準(zhǔn)備將美國(guó)航天員送往火星，加上馬斯克連續(xù)發(fā)布“移民火星”計(jì)劃，使載人登火再次引發(fā)了廣泛關(guān)注。不過(guò)，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(kāi)展火星之旅。

航天員開(kāi)展火星之旅想象圖。

為什么實(shí)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(guó)和蘇聯(lián)開(kāi)展“太空競(jìng)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(cè)器寥寥無(wú)幾。隨后，“阿波羅計(jì)劃”載人登月連續(xù)成功，近地軌道空間站開(kāi)始建設(shè)，兩大航天強(qiáng)國(guó)調(diào)整了戰(zhàn)略發(fā)展方向，火星探測(cè)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(guò)5000萬(wàn)公里，經(jīng)計(jì)算軌道周期可知，兩大行星每隔780天左右才會(huì)短暫靠近，即所謂“會(huì)合周期”。這意味著，在使用化學(xué)能動(dòng)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(jì)完整的地火往返旅行耗時(shí)不少于3年。這個(gè)時(shí)長(zhǎng)指標(biāo)是當(dāng)前載人航天技術(shù)難以支持的，更不必說(shuō)涉及深空環(huán)境潛在風(fēng)險(xiǎn)、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(wèn)題特別突出。載人航天各個(gè)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(zhǎng)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(huì)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(zhǎng)期處于不斷變化的重力環(huán)境中，生理風(fēng)險(xiǎn)難以評(píng)估，心理隱患也不容忽視。如果不能解決這個(gè)問(wèn)題，載人登火任務(wù)就會(huì)面臨更加復(fù)雜的道德和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)。

究其根本，這體現(xiàn)了當(dāng)前火箭、載人飛船等航天器動(dòng)力/運(yùn)力不足的尷尬。在“阿波羅計(jì)劃”促使人類暢想載人登火的年代，馮·布勞恩經(jīng)過(guò)研究論證，認(rèn)為需要10枚土星5號(hào)重型火箭才有可能實(shí)現(xiàn)載人登火。這樣看來(lái)，如果使用“太空發(fā)射系統(tǒng)”等傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jià)。

對(duì)此，科研人員提出的主要思路有兩種：其一，推動(dòng)航天器動(dòng)力革新，擺脫化學(xué)能動(dòng)力限制，大幅縮短地火單程飛行時(shí)間，但相關(guān)技術(shù)成熟應(yīng)用恐怕不會(huì)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(lè)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(jì)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(cè)試進(jìn)程來(lái)看，“星艦”何時(shí)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(shí)困難，在充滿未知的荒蕪環(huán)境中完成任務(wù)，再實(shí)施一次安全性要求苛刻的載人發(fā)射？科研人員對(duì)此嚴(yán)重缺乏經(jīng)驗(yàn)和系統(tǒng)性研究。

有觀點(diǎn)認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)先行開(kāi)展足夠多的無(wú)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(dòng)，預(yù)計(jì)相關(guān)技術(shù)測(cè)試和工程組織耗時(shí)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(wèn)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(guò)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(shí)上，外界分析美國(guó)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(jì)劃似乎并未被認(rèn)真對(duì)待。

一方面，特朗普簽署載人登火行政令，表明美國(guó)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(shí)施，仍有很大的差距。目前，美國(guó)宇航局的預(yù)算重點(diǎn)是“重返月球”、國(guó)際空間站運(yùn)營(yíng)、無(wú)人探索更遙遠(yuǎn)的行星，對(duì)火星探索的支持不足，火星采樣返回計(jì)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(zhēng)取火星環(huán)繞器訂單，利用美國(guó)宇航局的技術(shù)積累，通過(guò)優(yōu)化管理和針對(duì)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(shí)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(huì)。

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?xiàng)l件很難適應(yīng)漫長(zhǎng)而充滿風(fēng)險(xiǎn)的火星之旅，各國(guó)航天對(duì)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(yàn)后，人類有望在21世紀(jì)中期踏上火星。

來(lái)源：中國(guó)航天報(bào)

轉(zhuǎn)載時(shí)間：2025-02-10

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