最近，特朗普簽署行政令，準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，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，兩大航天強國調(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可達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，預計完整的地火往返旅行耗時不少于3年。這個時長指標是當前載人航天技術(shù)難以支持的，更不必說涉及深空環(huán)境潛在風險、復雜工程組織管理、綜合任務保障、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。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，必然長期處于不斷變化的重力環(huán)境中，生理風險難以評估，心理隱患也不容忽視。如果不能解決這個問題，載人登火任務就會面臨更加復雜的道德和社會風險。
究其根本，這體現(xiàn)了當前火箭、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)設計的重型火箭執(zhí)行載人登火任務，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)成熟應用恐怕不會早于21世紀中期；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大載人航天器供電供氧供水能力、設置人造重力空間、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的成功率，但必須解決“星艦”高頻次發(fā)射、重復使用、“太空加油”等難題。從測試進程來看，“星艦”何時獲得深空載人資質(zhì)也難以預料。
“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，再實施一次安全性要求苛刻的載人發(fā)射？科研人員對此嚴重缺乏經(jīng)驗和系統(tǒng)性研究。
有觀點認為，應當先行開展足夠多的無人火星任務，利用人工智能技術(shù)，初步在火星軌道和表面上建設基礎設施，支持航天員活動，預計相關(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，怎樣解決推進劑問題？如果從地球?qū)⒋罅總鹘y(tǒng)化學推進劑攜帶到火星，那么成本過于高昂。如果嘗試利用火星資源制取足夠的化學推進劑，或者從地球輸送新型能源設備到火星，相關(guān)技術(shù)成熟應用也很難早于21世紀40年代。
事實上，外界分析美國航天官方預算和商業(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，美國宇航局的預算重點是“重返月球”、國際空間站運營、無人探索更遙遠的行星，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、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漫長而充滿風險的火星之旅，各國航天對載人登火普遍處于預研階段。相信積累更多工程技術(shù)經(jīng)驗后，人類有望在21世紀中期踏上火星。
來源：中國航天報
轉(zhuǎn)載時間：2025-02-10
轉(zhuǎn)載鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/bhKoe4BeJjco6CikKZsUOw