人上火星非神话

    9月15日，美国宇航局“表面探索任务”负责人汤姆逊在秘鲁首都利马参加“采矿工程师会议”时说：“如果科学家在火星上找到了水，在未来20年至30年内，人类就将能登上火星”。“只有在火星上找到了水源，我们才能为火箭补充所需用水”。他还称：“科学家们已经在火星上发现了大峡谷，那里显然仍然存在水”。这再次引起人们对人上火星问题的关注。那么，究竟何时才能选派航天员登临火星呢？

　　俄、欧、美各有计划

　　研究人类登陆火星问题，多年前就开始了。1998年9月14日，俄、美、日和欧洲航天界代表曾在莫斯科开会，就这一问题进行了认真地研讨。当时专家们认为，从已经进行的科学实验和未来能够研制的科研设备来看，人类可能在2015年第一次登上火星。考虑到人上火星远比踏上月球困难得多，与会代表认为拟分四步逐步实施。第一步，2005年可向火星发射几艘自动探测飞船，投石问路。第二步，2012年可由无人宇宙飞船在火星表面着陆，验证可行性。第三步，2014年末之前建成重400-800吨的火星轨道站，环火星运行。该站由生活舱、服务舱、对接舱、着陆舱和动力装置组成，主要发挥中转作用。第四步，2015年载人宇宙飞船从地球空间站出发，飞驰数月抵达火星轨道站，并与之对接。然后，航天员换乘着陆舱在火星上登陆。航天员在火星上完成考察任务后，先回到轨道站，再乘宇宙飞船返回地球。不言而喻，这是一项庞大的系统工程，不仅需要综合应用当代高新技术成果，而且需要国际合作。尽管该方案后来未能得到实施，但却启发了航天专家们的思路。

　　航天技术实力强劲的俄罗斯，虽然面临财力不济的境遇，但是登临火星的雄心壮志犹存。2003年俄航天官员宣布，将在2015年前派6人小组登上火星。实现这一计划，需耗资400亿美元，飞行时间约440天。为此，俄将于2005年进行由6名志愿者参加的模拟火星载人飞行的持续500天的封闭生存实验。实验装置内有厨房、几间卧室和几个实验室，其容积都很小，以使参加者磨练心理，减少运动，并对水和氧气进行回收和利用，还要在小型温室中种植蔬菜，以充实食品供应。

　　欧洲空间局提出“极光计划”，也对派人上火星作出了时间安排。准备在2014年前将首份火星样品送回地球，2026年通过自动机械装置登临火星验证派人登陆火星的各主要阶段所遇到的问题和解决办法。最迟到2033年实现人登火星的飞行。与此同时，法国太空局已开始挑选25名女性“火星人”志愿者，将于今年到位于图卢兹的太空医学学会的模拟失重状态的实验舱接受训练。她们将头部朝下躺在6度斜床上三个月，以适应航天员乘飞船飞往火星时的正常姿势。未来首次登陆火星的航天员很可能就在这些后续实验者中选出。

　　美国宇航局早在16年前就提出了人类登陆火星设想，预计从地球到火星的载人飞行将花费4500亿美元，需要建1艘约100米长的核动力宇宙飞船，里面装上足够航天员往返火星途中所必须的各种生活用品和运行燃料。近几年来，NASA又提出包括利用火星两个天然卫星做登陆火星中转的多种可行性报告，且认为有望在2015年前后登陆火星。还准备同欧空局、法国太空局合作，在南极洲进行多种“人类适应太空”的实验，以检测人在“失重、孤独和幽闭”状态下的身体反应。而最具权威的说法，是美国总统布什于2004年1月14日宣布的将派人最早于2015年再次登月、建立太空基地，并将在2030年之后把航天员送上火星的计划。虽然有些航天专家认为，人上火星不需要月球做跳板，从升空的航天飞机上发射载人飞船即可，但是飞往火星的时间看来要推到30年以后。

　　火星之旅遇到的困难

　　人类进军火星是充满艰险的征途，面临着必须克服的众多难题。

　　一是飞行动力的问题。尽管为了节省推力，载人飞船飞往火星采用外切地球公转轨道、内切火星公转轨道的最小能量霍曼轨道，每26个月才有一次发射机会，但是路途遥远，飞驰时间达半年以上，除发射升空需要强大运载动力外，还需为飞船长途航行提供可靠的动力。同时，着陆火星后还要解决能源需求问题。目前的办法是利用太阳能电池板，但其稳定性仍令人担忧，尚需考虑使用核能装置。

　　二是人身保护和空气、饮食品供应问题。航天员在乘船飞往火星过程中，太阳风暴和宇宙射线风暴常会持续数日之久，这就需要加强太空天气预报能力和改进各种防护设备。同时，在火星之旅和到达火星后，都需要保证航天员的氧气、饮水和食品的供应。

　　三是人体必须适应新的环境问题。飞往火星途中，航天员长期处于微重力状态，会出现肌肉松弛或骨质变轻等太空综合症，而能活动的空间又很小，使这一问题更加严峻。到达火星后，平均为-23℃的温度、昼夜温差远大于地球以及大气稀薄而干燥的环境，引力仅为地球的三分之一等条件，也是对人体的挑战和考验。

　　四是着陆火星和实时联系问题。登临火星实际上也是飞船进入技术问题，要经过离轨、过渡、进入大气层和软着陆四个阶段，尽管时间不长但危险性很大。由于地球与火星距离遥远，无线电信号单程传输需要10多分钟，故而航天员无法获得地球控制中心的及时帮助，必须依靠飞船的自动控制设备和自己的知识、经验来解决遇到的问题。着陆火星后，还需要保证与地球的正常通讯联系。

　　亟待突破的技术问题

　　1999年，在美国麻萨诸塞州工艺研究所举行的研讨会上，专家们指出，前往火星必要的各项工艺实验已经完成或者接近完成，在太空获取氧气和为飞船提供动力两大难题已基本解决。从火星大气中分离氧气的方法已被掌握，能够节省大量燃料的离子火箭发动机也已经出现。同时，俄美两国正在地面的封闭舱里训练航天员如何在长期的太空飞行中生活和从事科学考察。事实上，俄航天员波利亚科夫早已在“和平”号空间站上创造了连续飞行438个昼夜的记录。航天员在“和平”号空间站上进行了数十次航天器成功对接，试验了生活和工作保障系统，并已研制出生产水和氧气的闭合系统工艺，现代医学水平亦可保证人在失重状态下停留两年之久。这一切都为人上火星进行了有益的探索。

　　话虽如此，但这都是载人近地轨道飞行最远也就是登月飞行的经验，终究还不是人上火星的实践。考虑到载人飞往火星和返回地球的绝对安全性，当前尚需亟待突破下列技术难题。

　　首先是发射难题。鉴于在火星上制造氧气和火箭燃料尚无直接经验，载人飞船必须携带往返飞行和滞留火星期间所需的全部物资，因而其总重必然大于45吨的阿波罗登月飞船。这样以来，如果是从地面直接发射，需要研制比土星5号火箭推力还要大的运载火箭；如果是近地轨道发射，目前的最大载重30吨的航天飞机亦难胜任，何况2010年前该机将停止飞行；如果是送到空间站上组装后发射，30年后现在建设的国际空间站业已报废，需要建设新的大型空间站和运送部件的航天器；如果是从月球上发射，需要在2015年或2020年开始建设月球基地，使其能够承担组装和发射飞船的任务。以上几种技术途径，无论选择哪一种，其工作艰巨性都是空前的。

　　其次是载人飞船安全着陆难题。飞船着陆舱从离轨到登陆火星过程中，因为不能由地面指挥中心进行实时控制，也不能像“勇气”号那样接触地面后靠气囊缓冲多次弹跳，故而要求自动控制装置工作必须绝对可靠，降落伞面积要足够大，制动火箭性能非常稳定，还要防止火星风暴的干扰。着陆舱拟分下降段和上升段，下降段落地时要有缓冲装置，上升段需要带升空火箭。航天员完成考察任务后，将乘上升段飞行到轨道上与飞船对接，再返回地球。解决这些难题要比解决无人航天器软着陆火星困难得多。

　　再次是返回地球难题。飞船从环绕火星轨道转移到奔向地球的霍曼轨道，同样需要把握出发时机，其制导系统和推进系统工作必须稳定可靠。在返回地球飞行过程中，飞船要及时接收地球指挥中心的遥控指令，适时调整姿态并保持正确航向。当飞船进入地球轨道后，要与地球指挥中心相配合，准时释放返回舱。航天员将乘坐返回舱完成从离轨到着陆的回收任务。这就要求返回舱携带的控制和通讯设备、降落伞和制动火箭在440天之后，工作性能仍处于良好状态。显而易见，这比对近地轨道载人飞船和登月载人飞船的回收要求更为严格，研制这些设备遇到的问题也更为复杂。

　　从目前人类达到的科技水平来看，这些难题都可以逐步解决，关键是需要投入大量资金和众多专家的集体智慧来攻关。有鉴于此，30年后人类登上火星的计划，还是比较实际的。

　　选派航天员登陆火星是人类开拓天疆的伟业，意义重大，影响深远。一旦圆了这个飞天梦，那无疑是人类发展史上破天荒的伟大壮举。（国家航天局网特约撰稿/尹怀勤）