美國宇航局描繪的火星登陸美景

 

美國科學家想像的火星居住圖

 

歐洲宇航局發佈的火星峽谷風貌

    有中國志願者王躍參加的人類首次全面模擬火星載人航天飛行「火星-500」試驗，自6月3日在莫斯科啟動以來，已順利進行了一個半月時間。而美國總統歐巴馬今年4月表示，美國將放棄旨在重返月球的「星座計畫」，期待到本世紀30年代中實現載人登陸火星。那麼，我們真的有可能親眼目睹人類登臨火星的壯舉嗎？和登月相比，人類登陸火星要克服哪些特殊的困難——

    發射重量大大增加

    利用空間站、月球做「中轉」？

    上世紀六十年代末七十年代初，人類曾完成了六次登月。然而和登陸月球相比，人類登陸火星最顯而易見的困難就是太空飛行的距離大大增加。距離的增加會帶來一系列的問題，登火星的困難多半與此有關。

    國家天文台研究員李競告訴筆者，月球基本在一個圓軌道上圍繞地球運轉，距離差不多是38萬千米。以現有的火箭，差不多三天內都可以到達。而火星和地球都圍繞太陽運轉，相互的距離是一個大變量。當它們處在太陽的同一側時距離最短，光線大約要走四分鐘；而當它們分處於太陽的兩側時，距離最長，光線大約要走二十分鐘。即便是最短距離也差不多有6000萬千米，比地月距離遠了一二百倍。而火箭飛向火星，需要半年多的時間才能到達，加上在火星逗留的時間，人類從火星往返，差不多需要一年半的時間。

    一年半的時間，宇航員需要的食品、飲料、氧氣，飛行、返回的燃料等都要隨艙攜帶，就是一批很大的物資，而且這麼長時間的飛行，總要給宇航員一定的活動空間，軌道艙不能太小，這和載人登月以及無人探測火星時的情況都是大大不同的，這就使火箭的起飛重量成倍增加，而目前人類還造不出這樣大的火箭。

    中國科學院空間科學與應用研究中心研究員、曾任載人航天工程應用系統副總指揮潘厚任告訴筆者，除了在火箭技術上尋求突破以外，還有另外一些可能的解決問題思路，比如把飛船、物資、火箭等一部分一部分地運到地球空間站上去，在空間站裡組裝起來之後再向火星發射，這樣就可以擺脫很多地球引力的影響。同樣的思路，利用月球作為中轉「跳板」，也是一種可能的辦法。

 

    火星引力比月球大

    「火星服」要「大減負」

    潘厚任介紹說，月球引力是地球的六分之一，而火星引力是地球的38%。火星引力是月球的差不多一倍，這個差別也會帶來一系列的問題。

    首先是登陸火星的宇航服問題。當年「阿波羅」計畫中的登月服，在地球表面重量約一百千克，在月球表面重量是十幾千克，人穿上在月球表面活動還是可以接受的。但這套服裝在火星表面的重量是近四十千克，相當於人扛著七八十斤的重量四處活動，就顯得太重了。因此，必須研製出適合登陸火星的宇航服，它在地面上的重量應該不超過五十千克。

    同樣由於火星引力比月球大了一倍，返回火箭要克服的引力也大了一倍，登陸艙與繞火星運行的軌道艙會合後，需要達到每秒5公里以上的速度，才能克服火星引力，踏入返回地球之旅。

    而且與月球相比，月球上完全沒有大氣，而火星上雖然大氣很稀薄，但畢竟是有的，因此也有氣象。從地球上觀測，發現火星上的沙塵暴很厲害，這對返回火箭的發射都可能帶來影響。

    選擇發射窗口不容易

    一旦錯過要等兩年多

    正如前面所說，由於火星與地球相互位置關係比較複雜，選擇發射窗口及飛行路徑就是一個十分複雜的工作，絕不像打槍瞄準那麼簡單，可以說每個火星探測器走的路徑都不盡相同。

    而載人登陸火星，不但要選擇合適的發射窗口，還要考慮登上火星後，是否有合適的返回窗口。一旦錯過，火星和地球會越飛越遠，等待下一次火星與地球再來到與太陽同一側的最短距離，需要780天之後了。

    由於要同時考慮發射和返回，因此發射窗口和返回窗口都不可能是最佳選擇，這需要進行複雜周密的計算。

    同樣由於距離遙遠，對飛船的跟蹤、測軌、通信工作都帶來了很大的挑戰。而火星上溫度很低，年平均氣溫在零下60攝氏度左右，這對電子元器件的正常工作是個巨大考驗。李競介紹說，蘇聯曾多次發射火星探測器，也曾進入火星軌道甚至在火星著陸，但都沒有有效地解決通信聯絡問題。而2003年6月2日，歐洲宇航局「火星快車」探測器發射升空，它攜帶的「獵兔犬2」號登陸器預定於2003年12月25日凌晨登陸火星，但直至今日地面控制中心仍未與其取得聯絡。如果這樣的事情發生在載人火星登陸上，無疑會釀成慘劇。

    太空生存一年半

    挑戰精神、生理新極限

    潘厚任介紹說，人類到目前為止，最長的太空飛行記錄是438天，是由一位俄羅斯宇航員在和平號空間站上創造的，當時人回來是用擔架抬下來的。這是一個比較極端的試驗，而現在通常的做法是，空間站上的宇航員要半年換一批，這樣比較符合人體承受的限度。

    而人類往返火星，需要在太空停留約一年半，不但超出了目前為止人類太空停留的極限，還要完成登陸火星等很多複雜的工作，人的精神體力到底能不能受得了，將是很大的疑問，目前進行的「火星-500」試驗，就是對此進行的試驗探索。

    舉一個最簡單的例子，在火星上與地球進行一問一答一次最簡單的對話，要花費十幾分鐘的時間，這對人的耐心就是個考驗。而且一年半的時間裡，如果總吃太空食品人體是否能承受？不過對此潘厚任介紹說，可以考慮在飛船內種一些蔬菜加以解決，這個在技術上並不困難。

    鏈接

    人類為何要登陸火星？

    ■對科技發展是巨大推動

    國家天文台研究員李競告訴筆者，人類探索外星球，絕不僅僅是為了滿足好奇和幻想，而是對科學技術發展的巨大推動。比如，美國科學技術與蘇聯一下子拉開了巨大差距，主要是由於登月計畫的成功實施帶來的。今天所有的高科技，如果追根溯源，往往都可以追蹤到當年的「阿波羅」計畫，像無線通信技術、計算機技術的突破，都是出於人類登月的需要。

    可以想像，人類登陸火星計畫的實施，必然會給人類科學技術的新突破帶來強烈刺激，最終給人類的發展帶來福祉。而科學技術的突破，往往需要設定一個具體目標作為抓手，才能集中力量獲得實現。

    ■瞭解外星球未解之謎

    李競說，正是由於人類登月以後撿回了月球岩石，在月球上安裝了月震儀，才對月球的起源、形成有了更深入的認識。如果人類能夠成功登陸火星，一定會對火星的認識有更大的突破。

    長期以來有一種說法，認為火星上有大洪水沖刷的痕跡，並由此推測火星上曾經有過生命，但是後來由於環境惡化，生命滅絕了。甚至有人更進一步提出，火星的過去就是地球的現在，火星的現在就是地球的未來。李競說，人類如果能夠登陸火星實地考察，甚至如果能夠獲得火星生命化石，一定會讓我們對於宇宙和生命的認識有大的突破。