鐵銹色塵埃掃蕩著火星表面的空曠平原和很深的隕石坑，也會(huì)偶爾掠過火星上的人造物體，例如登陸器的太陽能電池板，或者火星車的輪子。地球人送到火星上的機(jī)器人已經(jīng)告訴了地球人有關(guān)火星的大量信息?；鹦巧嫌刑栂抵凶罡叩纳?，火星表面很可能曾經(jīng)存在過、并且現(xiàn)在也可能存在大量液態(tài)水或水冰。很久以前的火星并不像今天這般冷凍，也不是一片荒漠，而是溫暖、潮濕之地。然而，地球人從未踏足過火星。

地球人還未登陸過火星，因?yàn)槿セ鹦呛懿蝗菀住Ｗ?971年以來已經(jīng)有18次機(jī)器人登陸火星的嘗試，其中11次飛行器要么墜毀，要么登陸后很快就不再運(yùn)轉(zhuǎn)，要么與火星擦肩而過。既然送機(jī)器人去火星都這么困難，那么載人登陸火星的難度就可想而知有多大了。

載人登陸火星絕非不可能。美國(guó)宇航局計(jì)劃在10年后完成這個(gè)壯舉。美國(guó)太空探索技術(shù)公司老板馬斯克早就表示，他希望能在火星上建立人類定居點(diǎn)。中國(guó)、俄羅斯和印度等國(guó)都計(jì)劃嘗試在未來實(shí)現(xiàn)載人登陸火星。

火星探索熱潮將持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，其背后是各國(guó)的雄心壯志，也是科學(xué)創(chuàng)新的體現(xiàn)。雖然火星車能干不少事，但它們不可能像人類那樣運(yùn)用主觀能動(dòng)性、科學(xué)知識(shí)和直覺來主動(dòng)探索一個(gè)大問題：地球人在宇宙中是唯一的智慧生命嗎？一些科學(xué)家認(rèn)為，要想回答這個(gè)問題，火星是最佳去處。而如果要想真正了解火星，就必須送人去火星實(shí)地考察。

為了載人去火星，所需送入太空的物資數(shù)量將大大超過以往，還要穿越數(shù)千萬千米的行星際致命空間，并且最終安全登陸火星。這是非常高難度的挑戰(zhàn)，但并非不可能完成。本文介紹的是載人登陸火星的先后步驟。

載人飛近火星任務(wù)（示例說明圖）

有大富翁勸說美國(guó)宇航局合作開展載人飛近火星任務(wù)，往返火星的整個(gè)任務(wù)期為501天。

1 離開地球

地球與火星之間的最近距離大約為5500萬千米。這聽起來很遠(yuǎn)，但穿越如此遠(yuǎn)的距離對(duì)已有的火箭技術(shù)而言并非高不可攀。

一旦飛船遠(yuǎn)離地球，地球引力就大大降低，這樣就能以較小的推力來推動(dòng)飛船前往火星。載人火星之旅單程耗時(shí)為9個(gè)月左右，而俄羅斯航天員在空間站上最長(zhǎng)已經(jīng)待過一年多。載人前往火星不需要新型推進(jìn)技術(shù)，例如加速很慢的太陽帆，而是只需一枚指向正確方向的巨型火箭。

獵鷹重型火箭發(fā)射情景。

幾十年來的太空探索已經(jīng)教會(huì)科學(xué)家和工程師怎樣制造巨型火箭。目前有7種類型的火箭有潛力勝任載人火星之旅。其中最強(qiáng)大的火箭是太空探索技術(shù)公司的重型獵鷹火箭，它一次能發(fā)送18.5噸物資到太空，這么大的重量超過迄今所有火星登陸器和火星車，但一次載人火星任務(wù)的載荷量要大得多。一個(gè)6人火星機(jī)組往返火星一次所需的食物和飲水最少也超過20噸。美國(guó)宇航局在其2017年的一份報(bào)告中估計(jì)，如果把探測(cè)裝備和宇航員在火星表面待的時(shí)間考慮進(jìn)去，載人火星飛船的物資載荷量將達(dá)到大約100噸。

這并非不可想象。正在研發(fā)中的美國(guó)宇航局太空發(fā)射系統(tǒng)和太空探索技術(shù)公司的巨鷹火箭，都屬于迄今最強(qiáng)大的發(fā)射系統(tǒng)。太空發(fā)射系統(tǒng)的火星任務(wù)計(jì)劃載荷量超過45噸，而巨鷹火箭的計(jì)劃載荷量超過100噸。也就是說，建造更大、更好的火箭并非難事。另外，可以在發(fā)射宇航員之前先發(fā)射一些設(shè)備，這樣載人飛船就可以瘦身。不過，下面步驟的難度都大增。

2 太空旅途

看來人類已經(jīng)掌握了在太空生存的法寶，畢竟，遠(yuǎn)離地球的國(guó)際空間站上一直有宇航員駐守。從太空探索來說，造訪空間站就好比在自家后院安營(yíng)扎寨。你可能會(huì)感覺自己離家很遠(yuǎn)，但你的父母依然會(huì)帶給你三明治。如果去火星，你就得自帶干糧。

你要擔(dān)心的并不只是食物。如果火星飛船出故障，你必須有備用配件和工具來修復(fù)。如果你生病，你得有藥。把所有以防萬一的物資都帶上火星飛船顯然行不通，因?yàn)轭~外重量意味著更多燃料和費(fèi)用。那怎么辦？解決辦法之一是帶3D打印機(jī)上飛船，需要什么就打印什么。國(guó)際空間站上已經(jīng)有一臺(tái)3D打印機(jī)，美國(guó)宇航局一直在拿它做實(shí)驗(yàn)。載人火星飛船上也可能會(huì)有3D打印機(jī)和原材料，而不會(huì)搭載一大堆可能并不需要的零部件。

載人火星飛船上的藥柜里裝什么呢？這個(gè)難題更棘手。宇航員在空間站上的經(jīng)歷證實(shí)，細(xì)菌可以在飛船上活得很好。研究顯示，在模擬微重力條件下生長(zhǎng)的細(xì)菌會(huì)對(duì)廣譜抗生素產(chǎn)生耐藥性，而且耐藥持續(xù)時(shí)間比在地面上長(zhǎng)久?？茖W(xué)家正在研究怎樣克制細(xì)菌耐藥性，其中包括在飛船上容易臟的地方（例如衛(wèi)生間門上）安裝抗菌膜。有科學(xué)家建議，火星宇航員可以把藥物原材料帶上飛船，按需生產(chǎn)所需藥物，而非直接帶各種藥上飛船。目前，一種自動(dòng)合成簡(jiǎn)單藥物的系統(tǒng)已在太空接受測(cè)試。

開展載人火星任務(wù)，預(yù)計(jì)會(huì)使用3D打印（想象圖）。

載人火星飛船（想象圖）。

無論火星宇航員是否生病，他們都會(huì)面臨太空旅行對(duì)身體的負(fù)面影響。由于在太空無須與地球引力抗?fàn)?，因此宇航員的骨骼和肌肉會(huì)退化。研究表明，宇航員在太空中待兩星期會(huì)導(dǎo)致肌肉量減少20%，哪怕每天鍛煉也如此。火星引力比地球的小太多，肌肉和骨骼退化仍是問題，火星宇航員可能每天需要鍛煉幾小時(shí)，必須有特殊飲食，也許還需要穿上肌肉壓迫服。

除了失去地球引力外，火星宇航員也不會(huì)得到磁場(chǎng)庇護(hù)，而磁場(chǎng)會(huì)讓有害的宇宙輻射轉(zhuǎn)向。美國(guó)宇航局限定男性宇航員的輻射接觸量相當(dāng)于大約26.8萬次胸部X光，女性宇航員的則要低20%。如果不考慮火星宇航員在火星表面的輻射接觸量，他們?cè)诜祷氐厍虻淖疃搪猛局械妮椛浣佑|量為限定值的60%?？茖W(xué)家指出，每一次載人火星任務(wù)都必須評(píng)估輻射量是否會(huì)危及宇航員健康，而火星宇航員的輻射接觸總量肯定會(huì)超過限定值，目前也無法通過實(shí)驗(yàn)確定載人火星任務(wù)在輻射量限制下是否能夠進(jìn)行。

火星宇航員也會(huì)有心理健康問題。在遠(yuǎn)離地球的深空，宇航員面臨極大的心理挑戰(zhàn)，畢竟宇航員在離開地球之前早已習(xí)慣了地球風(fēng)景。也許這些風(fēng)景并不算漂亮，但地球人與地球有割舍不了的聯(lián)系，看見熟悉的地方才會(huì)心安。在遙遠(yuǎn)的異鄉(xiāng)——火星，要想從心理上適應(yīng)無疑需要非凡的能力。

3 人員選定

火星宇航員選拔標(biāo)準(zhǔn)高于普通宇航員的標(biāo)準(zhǔn)，不但要通過強(qiáng)體力、強(qiáng)腦力和強(qiáng)心理測(cè)試，而且有其他要求。在前往火星途中，機(jī)組既不能減員也不能增員。通常認(rèn)為機(jī)組包括4～6名宇航員比較合適，他們負(fù)責(zé)保障飛行順利。

某些人員（例如工程師、醫(yī)生和科學(xué)家）對(duì)火星機(jī)組來說不可或缺?；鹦怯詈絾T不必是完美宇航員，但他們應(yīng)該組成完美的宇航員團(tuán)隊(duì)。目前，美國(guó)夏威夷大學(xué)的太空探索及模擬實(shí)驗(yàn)仍在進(jìn)行中，參與該實(shí)驗(yàn)的志愿者一次要在模擬火星基地里待好幾個(gè)月，在此期間出艙時(shí)要穿模擬的火星服，還需要忍耐火星與地球之間的20分鐘通信滯后。

該實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果一兩名機(jī)組成員感覺自己與他人不同，就經(jīng)常會(huì)造成沖突。這些差異體現(xiàn)在國(guó)籍、性別和音樂偏好等方面。例如一個(gè)三男一女的機(jī)組，或者機(jī)組中有人喜歡整天播放重金屬音樂，這樣的機(jī)組就可能因興趣或觀點(diǎn)不同而崩潰。讓整齊劃一、彼此相似的宇航員組成火星機(jī)組也不合適。如何保證火星機(jī)組成員的多樣性，又不至于產(chǎn)生劇烈沖突？目前這仍是一個(gè)難題。

“火星500”實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。

讓火星機(jī)組準(zhǔn)備好執(zhí)行火星任務(wù)，很可能需要接受比現(xiàn)在宇航員團(tuán)隊(duì)更大強(qiáng)度的訓(xùn)練。機(jī)組每個(gè)成員都必須懂得應(yīng)對(duì)其他成員的個(gè)性，至少能化解人際交往中的小沖突。不然的話，沖突從小變大的滾雪球效應(yīng)會(huì)難以收拾。美國(guó)宇航局心理學(xué)家指出，火星機(jī)組每個(gè)成員都必須學(xué)會(huì)把自己視為整個(gè)機(jī)組的一部分，必須把機(jī)組統(tǒng)一看得高于自己的個(gè)性，必須適應(yīng)機(jī)組整體生活和運(yùn)作。因此，火星機(jī)組在實(shí)際執(zhí)行火星任務(wù)之前必須在這些方面接受嚴(yán)格訓(xùn)練。

4 登陸火星

在浩渺太空旅行9個(gè)月后，火星機(jī)組將迎來行程中最危險(xiǎn)的部分——登陸。登陸火星的困難在于火星大氣層幾乎不存在——它的平均密度還不到地球大氣層的1/160，因此降落傘不可能創(chuàng)造阻力來讓載人火星飛船減速?？茖W(xué)家考慮使用助推器為火星飛船減速，就像阿波羅機(jī)組宇航員登陸月球時(shí)那樣。因?yàn)榛鹦且Ρ仍虑虻拇?，所以火星飛船需要多得多的助推器來減速。這意味著火星飛船需要合并助推器組和其他設(shè)備來創(chuàng)造阻力。

這種方法已在一次1噸重的機(jī)器人任務(wù)中取得成功，但火星飛船要重太多，所以科學(xué)家正在研發(fā)這種助推器的升級(jí)版。其中一個(gè)版本是美國(guó)宇航局的膨脹式空氣動(dòng)力減速器。它其實(shí)是一系列登陸裝置，它們利用凱夫拉纖維強(qiáng)化一個(gè)比降落傘強(qiáng)度高得多的爆發(fā)式膨大結(jié)構(gòu)，由此創(chuàng)造更大阻力。該局已在地面上小規(guī)模測(cè)試并取得成功。

載人飛船登陸火星（想象圖）。

但對(duì)載人火星飛船來說真正困難之處不在于怎樣登陸火星，而在于在哪里登陸?；鹦莾蓸O附近看來是最佳登陸地點(diǎn)，因?yàn)檫@些地方存在地下水冰，甚至可能存在地下湖泊，而液態(tài)水對(duì)于火星機(jī)組來說當(dāng)然是一大重要資源。人類生存離不開大量水，而水很重，火星機(jī)組能帶到火星上的水量有限?？茖W(xué)家提出的許多載人火星任務(wù)建議中，都包括因地制宜使用火星水來制造火星機(jī)組返航所需的火箭燃料。

問題是溫度可低至-195℃的火星極地經(jīng)常有風(fēng)暴發(fā)生，因而給載人火星飛船的登陸造成困難?；鹦莾蓸O也不是令人滿意的登陸地點(diǎn)，例如火星北極平原很平坦，但也很單調(diào)。與火星極地相比，火星赤道地區(qū)大多數(shù)時(shí)候溫度在-100℃以上，有時(shí)可達(dá)20℃，并且赤道地區(qū)陽光更多，火星宇航員可在這里采集太陽能。更妙的是，火星赤道風(fēng)暴很少，值得探索的各種有趣地貌比比皆是。令人遺憾的是，火星赤道也有一大缺點(diǎn)——缺水。

看來選擇載人火星飛船的登陸地點(diǎn)真是一個(gè)兩難問題。對(duì)于第一批火星機(jī)組來說，在可以預(yù)測(cè)狀況的地點(diǎn)登陸或許最簡(jiǎn)單，畢竟火星車已經(jīng)探索過這類地點(diǎn)。一旦著陸，火星機(jī)組必須原地停留一陣子。就算不建立永久性火星定居點(diǎn)，他們也必須在火星表面至少待幾個(gè)月，以等待火星與地球的相對(duì)位置能讓他們返回地球的旅途時(shí)間盡可能短。換句話說，就算火星機(jī)組不建立火星永久定居點(diǎn)，也必須有火星基地。

火星基地必須應(yīng)對(duì)火星可能致命的種種風(fēng)險(xiǎn)。除了前面提到的嚴(yán)寒之外，火星宇航員還會(huì)遭遇通常不會(huì)在火星稀薄大氣層里燃盡的微隕石襲擊。還有火星表面來自太空的致命輻射——火星沒有全球范圍的磁場(chǎng)來讓這些輻射轉(zhuǎn)向。也因?yàn)榛鹦谴髿饬刻伲曰鹦菤鈮汉艿?，幾乎與深空的真空氣壓相當(dāng)。

載人火星飛船內(nèi)景（想象圖）。

火星冰屋（想象圖）。

對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)的最簡(jiǎn)單防御措施，可能就是讓宇航員盡可能待在火星飛船里，但登陸飛船上的可活動(dòng)空間狹窄。另一個(gè)選擇是把火星保護(hù)棚或保護(hù)棚建造材料帶到火星。美國(guó)宇航局正在舉辦3D打印居住點(diǎn)的競(jìng)賽，目前已有許多方案入選。其中一些方案建議采用登陸飛船材料來建造火星居住點(diǎn)，但也需要采用其他建筑材料，這當(dāng)然會(huì)增加發(fā)射重量，因而不太行得通。那些建議使用火星當(dāng)?shù)刭Y源的方案更受青睞，比如壓縮火星土壤來制磚，建造像冰屋那樣的保護(hù)棚。即便如此，在火星上建造居住點(diǎn)很可能仍需要提前發(fā)射一些建材包到火星。

有可能把火星地殼當(dāng)作火星機(jī)組的天然保護(hù)棚。有一個(gè)建議是，火星機(jī)組在火星表面由古代熔巖流形成的柱狀洞穴中建立定居點(diǎn)。在火星軌道探測(cè)器拍攝的火星表面照片上，可以看見這類洞穴的入口?？茖W(xué)家探索過地球上類似的洞穴，它們的寬度通常為30米。由于火星表面引力很低，因此科學(xué)家推測(cè)火星上這種洞穴的寬度可達(dá)270米，長(zhǎng)度可達(dá)上萬米。有朝一日，這種火星洞穴可能將容納一個(gè)完整的火星定居點(diǎn)街區(qū)。

勇敢的火星探索者還有其他緊迫需求需要考慮。他們?cè)诨鹦巧系氖澄锟赡苁翘崆皟龈傻?，干果和種子事先包裝好。如果無法從火星大氣獲取氧氣的話，那么氧氣罐也會(huì)被提前發(fā)送一部分到火星。但解決水的問題沒那么容易。就算火星機(jī)組登陸地點(diǎn)地下有大量水冰，機(jī)組也需要重型設(shè)備來提取它，并且無法保證水冰一出地表就能使用。事實(shí)上，科學(xué)家至今對(duì)火星水冰了解很少。能否從火星水冰提取可飲用水，目前仍是未知數(shù)。就算可以飲用火星水，也不能保證水里沒有有毒物質(zhì)。因此，火星機(jī)組也很有可能需要把復(fù)雜的過濾裝置帶到火星。

火星宇航服也是個(gè)大問題：它們必須能很好地把火星塵埃隔絕在外，尤其是因?yàn)榛鹦峭寥乐锌赡艹錆M宇航員一旦吸入或吞下就會(huì)致命的化合物。美國(guó)宇航局正在研發(fā)的新一代宇航服和特殊覆膜材料將可能解決塵埃問題。科學(xué)家警告說，載人火星任務(wù)執(zhí)行之前必須盡可能確保萬無一失，因?yàn)樵诨鹦巧弦怀鰡栴}就意味著死亡。

人類火星基地（想象圖）。

5 返回地球

有些人會(huì)想當(dāng)然地認(rèn)為，人類將會(huì)永久定居火星。目前所有載人火星任務(wù)構(gòu)想都包括把火星宇航員送回地球，畢竟火星環(huán)境異常嚴(yán)酷，要想把火星改造成地球這樣的計(jì)劃純屬科幻，人類可能根本無法、也不希望在火星上長(zhǎng)期生存。這就意味著火星宇航員將在登陸火星后又要經(jīng)歷另一次火箭發(fā)射、另一趟為期9個(gè)月的征途和另一次行星登陸。幸運(yùn)的是，這個(gè)第二次會(huì)容易些?；鹦堑南”〈髿鈱雍洼^弱的引力意味著離開火星表面進(jìn)入太空難度不很大。雖然返程之旅依然漫長(zhǎng)，但在歸途中宇航員熟悉的藍(lán)色地球斑點(diǎn)會(huì)日益醒目。在降落傘和地球大氣層協(xié)助下，登陸地球不是難事。

當(dāng)火星宇航員從艙中探出頭來，清新的空氣和人們的歡呼聲將包圍他們。宇航員安全回家了，而火星沙塵暴將覆蓋他們?cè)诨鹦潜砻娴淖阚E。不過，他們的火星基地會(huì)依然屹立，準(zhǔn)備迎接下一批地球訪客。