美國火星登陸計劃終于揭開面紗，問題是，怎樣才能實現(xiàn)這一壯舉呢？
隨著奧巴馬總統(tǒng)重申在20至30年內(nèi)使人類到達火星的遠大抱負，美國火星登陸計劃終于揭開面紗。那么問題來了：怎樣才能實現(xiàn)這一壯舉呢？
“這一明確而又重大的目標將開啟美國航空航天史的新篇章：在本世紀30年代將人類送上火星，并安全返回，進一步實現(xiàn)在火星長期停留的最終目標。”美國現(xiàn)任總統(tǒng)奧巴馬在10月11日的CNN專欄中寫道。
美國宇航局（NASA）已制定出火星旅行計劃。喬治華盛頓大學（The George Washington University）太空政策研究所（the Space Policy Institute）的政治學與國際事務(wù)名譽教授John Logsdon表示，如果將期限寬裕到2030年底，上述計劃是可以實現(xiàn)的。
其他專家則認為奧巴馬總統(tǒng)的時間限制過于苛刻。
火星協(xié)會（The Mars Society，非營利性組織）主席、《登陸紅色星球計劃》（The Case for Mars: The Plan to Settle the Red Planet，Free Press，2011）的作者Robert Zubrin說到：“相比于1961年計劃將人類送上月球卻在八年后才實現(xiàn)目標的我們，今天的我們離火星登陸的目標更近。下一任總統(tǒng)理應(yīng)制定20年代或2024年登陸計劃，不然火星任務(wù)將失去動機，太空探索進程也將延緩。”
無論如何，在宇航員整裝待發(fā)之前，有些問題亟待科學家們解決。
第一步：建立太空載人飛行技術(shù)
目前美國依賴于俄羅斯聯(lián)盟號飛船（Soyuz）將宇航員送至國際空間站。這一狀況將有所改變。一些私營太空飛行器制造商正努力研制載人和載貨系統(tǒng)：埃隆·馬斯克（Elon Musk）的美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）致力于開發(fā)龍系（Dragon）運載火箭，波音公司也在研發(fā)它的CST-100系列火箭。據(jù)Logsdon介紹，馬斯克說SpaceX的火星運載火箭將于2018年發(fā)射。（運載火箭是由火箭推動，將飛船和衛(wèi)星送往太空的裝置。）
第二步：建造更大的太空飛船
Bret Drake介紹，一次火星航行需要飛船能搭載多名宇航員、三年往返火星的供給以及部分貨物。他是洛杉磯航空航天公司（Los Angeles-based Aerospace Corp.）的一位工程專家，該公司屬于非營利性組織，致力于為聯(lián)邦政府研究運載設(shè)備、衛(wèi)星系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)及太空技術(shù)。
Logsdon補充道：“將飛船上全體成員送上火星意味著飛船必須能夠承受更大的載荷，因為需要考慮往返的燃料及物資供給。要知道火星上可沒有7-11便利店為返程提供補給。”
第一種策略是建造巨大的飛船；另一個是首先制造多個較小的模塊分別發(fā)射，再在空間軌道上組裝。（一些模塊可載人，另一些用于運載供給。）無論如何，我們已經(jīng)具備基本技術(shù)。Zubrin說：“雖然它比我們曾今建造的飛船大，但仍可以運用已有的科學技術(shù)。”
目前，Lockheed Martin正在研發(fā)可運載四人的獵戶座（Orion）飛船，將被安置于重型運載火箭——太空運載系統(tǒng)SLS（Space Launch System）的上方。NASA將運用它進行外太空探索。獵戶座飛船已經(jīng)與2014年12月5日成功完成首次試飛，將于2018年進行繞月飛行。
第三步：建造更大的火箭
大型飛船的深空運載系統(tǒng)需要搭載更大的火箭。NASA計劃開展自制火箭的第二次測試，據(jù)NASA介紹，該火箭將成為世界最大火箭，并運用到SLS中。SpaceX也在研發(fā)Falcon重型火箭，旨在克服較重載荷（包括人類）。
第四步：減速與著陸
到達火星軌道后，就需要在這個紅色星球上著陸。在以往任務(wù)中，摩擦、熱效應(yīng)和降落傘都可以為飛船減速。但對于重型飛船，降落傘的制動力顯然不足。
不過，科學家們在這個問題上取得了進展。例如SpaceX公司展示了用于高速飛船減速的超聲波反向推進器，在著陸時借助發(fā)動機制動。Drake說：“我們已具備讓大型飛船在火星表面著陸的可行方法。”
第五步：解決空間站中長期居住問題
宇航員已經(jīng)成功實現(xiàn)在國際空間站（International Space Station）中航行數(shù)周和數(shù)月，說明了長期居住系統(tǒng)的可行性，它為宇航員提供安全用水，進行水處理，以及過濾空氣。專家表示，類似的系統(tǒng)也可用于火星任務(wù)。
然而，不同之處在于國際空間站位于近地軌道，離地球僅有數(shù)小時行程。若有損壞，地球即可展開援救。但在火星是不可能的，因為即使在地球與火星相離最近的情況下，到達火星最少需要6至9個月。
Drake說：“生命維持系統(tǒng)改進的關(guān)鍵在于提高它的可靠度。對于火星任務(wù)，一但系統(tǒng)失效，既不能迅速返回地球，也無法完全恢復(fù)供給。因而生命維持系統(tǒng)在較長時間內(nèi)（多年內(nèi)）應(yīng)具有可靠性，并保證宇航員能夠維修維護。”
第六步：避免致命的宇宙輻射
參與火星任務(wù)的宇航員需要抵御兩類輻射：太陽質(zhì)子事件（或稱太陽耀斑）和銀河宇宙輻射。據(jù)Drake介紹，第一種輻射可以通過設(shè)置專門的太陽風遮擋設(shè)備來消除，比如由生命維持系統(tǒng)的給水系統(tǒng)構(gòu)成的水墻。（它需要將水墻與飲用水和淋浴用水的供水系統(tǒng)相連。）
銀河宇宙射線的遮擋顯然更加棘手。在外太空，宇宙輻射強度非常高。然而，Drake表示火星表面探測車好奇號（Curiosity）搭載的火星科學實驗室（Mars Science Laboratory）觀測到火星表面輻射照射水平和國際空間站上的觀測水平相近。Logsdon解釋說國際空間站所處的近地軌道位于兩個甜甜圈狀的地球范艾倫輻射帶（Earth's Van Allen belts）下方，它們屏蔽了太陽釋放的帶電粒子和宇宙射線。
Drake提出，可以采取在外太空快速航行的策略，盡量縮短暴露與高強輻射下的時間。他說：“在火星地表遠比在外太空安全。”
第七步：去月球演練
根據(jù)NASA的火星之旅時間表，在正式開始航行之前，許多長期空間系統(tǒng)將在月地間軌道進行測試。在2018至2030年之間，NASA計劃開展在月球附近太空行走的載人航天任務(wù)。部分任務(wù)或?qū)⒊掷m(xù)一年，為火星登陸的壯舉奠定基礎(chǔ)。
計劃也包括了從某個小行星采樣并改變其運動軌跡。
Logsdon表示，這一計劃將為火星任務(wù)的各個關(guān)節(jié)提供測試機會，且離地球較近，以防意外。
第八步：在火星建造房屋
即使到達火星，宇航員也不能立即返航。Logsdon說，到達火星的航行可能需要6至9個月，但只有等到火星和地球運行到相對太陽較一致的位置，才能返航。這樣可能需要等待14個月。（為使航行距離較短，應(yīng)在地球與火星處在太陽同側(cè)而不是兩側(cè)時返航。）
他還說道，某種意義上，火星任務(wù)的先驅(qū)就像16實際海上航行的探險家，遠離祖國孤筏重洋。因而在火星建設(shè)永久性居所是值得的。
Logdson補充道：“雖然這看上去很難實現(xiàn)，但宇航員的確需要一個家，而不是整天待在宇航服中。電影火星救援（The Martian）中就較真實地描繪出未來的火星住所。”
翻譯 張堯
審校 顏磊
責編：科普知識