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譚濤 新聞背景 最近，美國國家研究委員會發(fā)布了一份名為《探索途徑：美國載人空間探索計劃的理由與方法》（簡稱《探索途徑》）的報告，長達285頁。其中有關(guān)美國載人登火的三種途徑及其利弊的分析格外引人注目，并立刻受到美國航空航天局的歡迎。 20世紀，人類實現(xiàn)了載人登月；21世紀，人類最重要、最復(fù)雜的航天項目就是實現(xiàn)載人登火。 近些年來載人登火的新聞鬧得沸沸揚揚，主要原因有三：一是荷蘭“火星一號”基金團隊開始在全球海選參與移民火星項目的志愿者，其中有許多中國人參與；二是美國“靈感火星”基金團隊也開始招募飛往火星的志愿者，它由美國億萬富翁、世界首位太空游客蒂托資助，現(xiàn)有超過上萬人報名；三是實力最強的美國航空航天局公布了官方的載人登火計劃。 當年，美國為了把人送到離地球約38萬千米的月球，舉全國之力，耗資255億美元（相當于現(xiàn)在的1000億美元），在工程高峰時期，參加工程的有2萬家企業(yè)、200多所大學(xué)和80多個科研機構(gòu)，總?cè)藬?shù)超過30萬，奮斗了8年。而火星離地球的最近距離約為5000萬千米，最遠約為4億千米，用目前的航天技術(shù)，僅單程飛往火星的時間就達250天左右（單程飛往月球的時間只需4至5天），所以載人登火會面臨一系列嚴峻的技術(shù)挑戰(zhàn)。 實際上，不要說載人登火了，就是進行無人探測火星也充滿了風(fēng)險。至今，全球一共發(fā)射了約45個火星探測器，只有26個獲得成功，還有兩個能否成功進入火星軌道，今年稍后時候才見分曉，其余都失敗了，所以火星被稱之為“航天器墳場”。因此，要進行載人探測或登陸火星就更難了，必須克服千難萬險才行。 途徑 拖來一顆小行星當跳板 進入21世紀后，美國小布什政府提出并開始實施星座計劃，其方案是先重返月球，建立永久性月球基地，然后以月球基地作為中轉(zhuǎn)站在2035年左右實現(xiàn)載人登火的目標。奧巴馬上臺后，載人登火的總目標和時間沒變，但路線圖變了，即改為先載人登小行星，然后以小行星為跳板實現(xiàn)載人登火的目標。 現(xiàn)在，美國航天專家根據(jù)當今的技術(shù)水平，為載人登火設(shè)計了三種可選擇的技術(shù)途徑： 第一種途徑是采用“小行星重定向任務(wù)-火星”的路線，實施步驟為先執(zhí)行小行星重定向任務(wù)，即用無人航天器把一顆小行星拖至月球軌道，然后用新研制的“航天發(fā)射系統(tǒng)”重型火箭和“獵戶座”飛船把人送到該小行星，最后航天員從小行星飛往火星的衛(wèi)星，之后在火星著陸，這也是奧巴馬政府提出的美國載人航天計劃。小行星引力小，所以從那里升空容易；小行星上面的水可供航天員用，并能分解成氫和氧作為火星飛船的燃料。此舉也能用于開發(fā)小行星的寶藏和防止小行星撞擊地球等。 美國新發(fā)布的《探索途徑》報告認為，第一種途徑能較快實現(xiàn)載人登火星的目標，不過風(fēng)險很大，因為需要先把小行星捕獲并拖至月球軌道，這是人類從來沒有干過的復(fù)雜的事情，不過美國航空航天局目前正在積極研究這個途徑的有關(guān)方案。 途徑 先建月球基地再飛火星 第二種途徑是采用“月球-火星”的路線，實施步驟為先建立月球基地，接著從月球基地飛往火星，即利用月球作為試驗和開發(fā)目的地，以期進一步完善適合于火星探索的技術(shù)，同時再訪月球，可進行比“阿波羅”更深入的科學(xué)研究。 這條途徑也與傳統(tǒng)的國際空間合作伙伴和國際空間探索協(xié)調(diào)組的目標相一致，關(guān)注點是利用最接近、最現(xiàn)實且具有相對較短的返回時間和開放的發(fā)射窗口的天體——月球，開發(fā)火星表面探索所需的系統(tǒng)和技術(shù)。對硬件、運行和人體健康問題進行適期考查后，只要證明可行，就能馬上繼續(xù)向真正的目的地火星進發(fā)。萬一證明載人火星探索在經(jīng)濟、技術(shù)或乘員健康原因方面不可行，也可讓美國能夠繼續(xù)領(lǐng)導(dǎo)全球探索和月球資源開采。 美國不少航天專家和美國國會的許多重量級共和黨議員，都認為先登月比先登小行星更可行。但美國白宮表示，美國人已去過月球，重返月球意思不大。這也符合美國航天的一貫戰(zhàn)略，即一味追求跨越式發(fā)展，始終保持技術(shù)上的絕對領(lǐng)先地位。美國航空航天局對重返月球目前仍然很冷淡，其局長助理威廉姆斯說：“在沒有大氣層的月球著陸技術(shù)，對于在有復(fù)雜大氣層的火星降落幫助不大。” 途徑 在“拉格朗日2點”建空間站 第三種途徑是采用增進探索的路線，實施步驟是先執(zhí)行“地-月拉格朗日2點”任務(wù)，即在“拉格朗日2點”（在這個點上，地月之間的引力相互抵消了）建造1座小空間站，它能支持4名或更多乘員生活最少6個月，同時還保留任務(wù)中止能力，讓乘員迅速返回地球；然后航天員從這里前往原軌道小行星，接著前往月球基地，最后載人登陸火星或火星的衛(wèi)星。 第三種途徑實際上探究了潛在可行的目的地類型，考慮到當前對生理和技術(shù)的認知水平，基本上包括人類能探索的所有目的地。它是一條潛在風(fēng)險比其他途徑低的途徑，但同時也是持續(xù)時間較長的途徑，探索多個目的地的同時緩慢提升一次完整的火星表面任務(wù)所需的關(guān)鍵要素能力。它首先側(cè)重于在拉格朗日2點和天然小行星任務(wù)中應(yīng)對長期深空居住艙挑戰(zhàn)。其次側(cè)重于發(fā)展月球部分重力條件下的月面遙操作能力。最后，在火星衛(wèi)星和火星表面操作任務(wù)中發(fā)展和應(yīng)用先進的太空中推進系統(tǒng)。這條途徑也會對人體健康問題進行調(diào)研。 后兩個途徑風(fēng)險較低，它們與第一個途徑的最大不同就是都要先登月球，再登火星，但它們要依次延遲實現(xiàn)載人登火星的時間。 延伸閱讀 新技術(shù)可能帶來變數(shù) 美國《探索途徑》報告提出了“10個高優(yōu)先級能力”，其中最關(guān)鍵的是火星進入、下降及著陸；輻射安全；空間推進和能源。其他為重型火箭；行星上升推進；環(huán)控生保系統(tǒng)；居住艙；艙外活動服；乘員健康；原位資源利用（火星大氣）。 載人登火面臨的困難大家都心知肚明，看似難以克服，然而，如果取得重大技術(shù)突破，也許會帶來“山重水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村”的驚喜。比如，如果能縮短載人火星飛船抵達火星的時間，這樣就可以規(guī)避長期太空飛行帶來的生命保障、宇宙輻射、失重低重、心理生理、燃料備件等一系列問題，但這也是非常難的事情。 美國曾計劃研制名為“普羅米修斯”的核動力載人火星飛船，它的飛行速度為87000千米/小時，是目前載人飛船速度的3倍，用兩個月的時間就能到達火星。不過，當時的核動力火星飛船方案存在巨大安全隱患，它使航天員所受的輻射量相當于每天做8次X光胸透，所以下馬了。不過，隨著技術(shù)的發(fā)展，美國、俄羅斯現(xiàn)在又重啟核動力載人火星飛船的研制，使它不會對航天員的身體健康產(chǎn)生不利影響，還能在1至2個月之內(nèi)抵達火星。 前美籍華裔航天員張福林正在研制全功率可變比沖磁等離子火箭，如果成功，用它作為載人火星飛船的動力裝置可大大縮短人從地球前往火星所需的時間，即用39天就能抵達火星。但該技術(shù)猶如科學(xué)幻想，何時能問世現(xiàn)在還不得而知。類似的研究方案還有一些。 總之，從目前人類達到的科技水平來看，載人登陸火星的所有難題都是可以逐步解決的，關(guān)鍵是需要投入大量資金并用眾多專家的集體智慧來攻關(guān)。 一家之言 私人公司載人火星計劃不靠譜 荷蘭“火星一號”和美國“靈感火星”的方案比美國政府的載人登火方案似乎容易得多，因為前者是“單程車票”，飛行時間少一半，所以載人火星飛船所攜帶的生活物資可以大大減少，失重等帶來的影響也小許多，并且不需要費用高昂、技術(shù)復(fù)雜的返回裝置；后者由于不在火星表面著陸，而只是在距火星表面150千米高空遨游，因此也能大大降低成本和技術(shù)的復(fù)雜性。但是，這兩家基金會要想實現(xiàn)載人登火似乎是不可能的。 私營公司的“火星一號”和“靈感火星”計劃，對激發(fā)人類的太空探索精神有一定推動作用，但私營公司更適合從事把已成熟的航天技術(shù)商業(yè)化，而很難想象他們會有足夠的財力和技術(shù)力量，克服上述種種艱巨的困難，完成人類文明如此重要的突破。 |
