陳藍：致敬“祝融號”，中國火星探索或將實現超越式發展

【文/觀察者網專欄作者 陳藍】

最近一段日子，遠在1.7億公里外的“祝融號”火星車成為了無數國人的牽掛。

期待中12月應該從休眠中甦醒的“祝融號”繼續沉默了兩個多月。考慮到火星的惡劣環境和探測器苛刻的工作條件，“祝融號”的生存概率正在不斷降低。

奇蹟或將不會發生，如果出現，那將是奇蹟中的奇蹟。

其實，奇蹟已經發生，那就是“祝融號”本身。

從2021年5月22日走下着陸平台，到2022年5月18日因沙塵暴進入休眠，“祝融號”在火星上工作了幾乎一整年（342個火星日），行走距離1921米。相比之下，美國第一台火星車“旅居者號”只工作了83天，行走108米；蘇聯第一台火星車（火星2號攜帶）則墜毀在火星上；歐洲的第一台火星車“富蘭克林號”研製十多年，眼看就要發射，卻因俄烏戰爭爆發被迫終止和俄羅斯的合作，發射再度大幅延遲。

中國第一次獨立的火星任務就攜帶了軌道器、着陸器和巡視車並全部獲得成功，這是歷史上前所未有的。甚至在“祝融號”在火星表面壓出第一道輪轍的那一天，我們就可以蓋棺定論地説，中國首次火星探測已經取得了近乎完美的巨大成功。

我們一舉超越俄歐印日，幾乎趕上美國。這樣的超越式發展，當然可以稱之為——奇蹟。

已載入史冊的“祝融號”和着陸器合影（圖源：CNSA）

所以，我們不必糾結於“祝融號”是否還會醒來。它已經寫下了一個完美的句號。

誠然，“祝融號”的科學產出還無法和美國最新的“毅力號”火星車相比，但考慮到“天問一號”任務更重要的目的是工程能力的驗證，是為未來更大規模的火星探索積累技術，它的意義就無法只用科學發現來衡量了。

毫無疑問，火星將成為21世紀人類開拓新邊疆的重要目的地，是大國競爭的必爭之地，影響巨大而深遠，想象空間無限。“天問一號”和“祝融號”是中國在這個宏大棋局中走出的第一步，開局堪稱漂亮。

筆者曾在一年半前“祝融號”突破三個月工作壽命時寫過一篇文章，預測人類未來幾十年的火星探索將由中美兩國主導。中美火星競賽將成為中美全方位競爭的一個組成部分；中國巨大的經濟規模、強大的國力和高效的執行能力、專業化的科學決策機制、廣泛的技術和人才積累，以及執行長期戰略的決心和意志，都將成為我們的優勢。

一年半來，雙方在火星上取得了什麼進展？未來的計劃是否有所變化？中美火星競爭會有一個怎樣的結局？本文將就此做一個回顧，並對未來發展做一些分析和展望。

歷史上成功軟着陸火星的探測器在火星上的位置（圖源：NASA）

先説美國這邊。

“毅力號”火星車今年2月18日度過了它着陸火星的兩週年紀念日。憑藉核同位素電池，它可以連續工作而不需要休眠，兩年來行程已接近15公里。它已經完成10處20個巖芯樣本和一份大氣樣本的採集，待未來採樣返回任務帶回地球（其中10份保存在火星車，另10份相同地點採集的樣本作為備份扔在火星表面）。“機智號”直升機完成了46次飛行，累計時長79分鐘，飛行總距離突破10公里，最大飛行高度14米。

“好奇號”火星車還在繼續工作，迄今已超過10年半（3750多火星日），行駛將近30公里，但均未打破“機遇號”的記錄（14.5年，45公里）。2022年12月21日，NASA宣佈最後一台在火星表面工作的固定着陸器“洞察號”結束任務。

在軌道上，美國依然佔據着巨大優勢。七個仍在工作的軌道器中，有三個屬於NASA：“奧德賽”、“MRO”（火星勘測軌道器）、“MAVEN”（火星大氣與揮發物演化任務）。但它們的工作年限已分別超過21年、17年和10年。其他四個軌道器分別是中國的“天問一號”、歐洲的“火星快車”和“微量氣體軌道器”、阿聯酋的“希望號”。

美國的這些火星探測器雖然在不斷豐富人類的火星知識（比如發現越來越多水曾經存在的證據），但近來均沒有突破性的重大科學發現。它們更多的意義也是在為未來火星探索積累工程經驗。

未來十年，NASA最重要、也可能是唯一的火星任務，就是計劃於2028年發射的火星樣本回收着陸器。它將於2030年着陸在“毅力號”附近，等候“毅力號”接近。它會用機械臂抓取“毅力號”上已經採集的樣本試管，轉移到着陸器攜帶的“火星上升飛行器”（一個小火箭）上。後者從火星起飛後，將在火星軌道上和歐洲航天局的“地球返回軌道器”對接並轉移樣本。歐洲軌道器則計劃於2033年攜帶樣本返回地球，實現軟着陸。

NASA火星採樣回收任務主要構成（圖源：NASA）

聽起來是不是有點複雜？

其實為減輕發射重量（樣本回收着陸器最新發射重量只有3.4噸，而“天問一號”是5噸），原方案專用的樣本轉移火星車已經被取消。但現有方案需要“毅力號”再堅持工作7年。為此，NASA也準備了備份方案——

在無法進行直接轉移或轉移失敗的情況下，着陸器攜帶的兩架“火星迴收直升機”將撿取扔在火星表面的備份樣本，送到着陸器，前提是距離不能太遠；此外，着陸位置如果偏差太大，“毅力號”可能就要多花數年才能到達，甚至永遠無法到達。

這是一次賭博。涉及環節越多越複雜，風險越大。只要一個環節出問題，任務就將終結。

令人感嘆的是，美國火星採樣返回任務經過數十年的醖釀和規劃，還拉了歐洲合作，規模縮減，風險卻增加。以往美國重要火星任務採用的雙探測器配置（例如“海盜一號”和“二號”、“勇氣號”和“機遇號”）已成為歷史。

還有NASA的載人火星計劃。按去年5月NASA公佈的目標，計劃最早於2030年代後期將4名宇航員送往火星，其中兩名將登陸火面生活30天，整個飛行則需要500多天。但理想很豐滿，現實很骨感。多年來NASA的載人登火概念方案出了一版又一版，卻始終看不到落地。所以這次也是看看就好。如果按SLS（Space Launch System，太空發射系統）那樣的搞法，尤其還要依賴SLS發射的話，多半不靠譜。

至於馬斯克的火星計劃，這一年半，他的星艦軌道首飛不斷跳票，現在的説法是這個月。馬斯克關於火星計劃的最新推文發於2月11日，他表示人類極有可能在10年內登陸火星，最快可能只需5年。好吧，“極有可能”……可能，確實比過去低調多了。

總結一下，美國火星計劃依然雄心勃勃，但NASA已今非昔比，宏大計劃執行起來可能已力不從心。經濟政治因素的影響也不容忽視。中美對抗和俄烏戰爭已經改變了世界格局，美國的未來同樣是一個很大的未知數。不過，美國的實力依然強大，技術積累雄厚，絕對不容低估。而馬斯克，更可能成為半路殺出的程咬金，取代NASA成為美國火星計劃的主力。即便是NASA，它的火星採樣返回任務賭贏的概率也很大。

再來説説中國。

“祝融號”在休眠前工作十分順利。2021年11月，歐洲航天局火星快車軌道器用“盲聽”形式成功接收“祝融號”信號併發回地球，最終轉發至北京航天飛行控制中心。“天問一號”軌道器在2021年11月完成“祝融號”中繼任務後變軌轉入遙感軌道，最終完成了火星全球中分辨率影像數據的獲取和一系列工程試驗。“祝融號”停止工作後，“天問一號”軌道器將長期聚焦於遙感觀察和工程試驗。

我國也計劃了火星採樣返回任務。它就是“天問三號”（“天問二號”為小行星探測任務），預期將於2028年發射兩個航天器：着陸器—上升器組合體、軌道器—返回器組合體。

它們都將於2029年抵達火星。“着上”組合體將實施火星軟着陸。着陸器將用機械臂在火星表面採集樣本，完成後由上升器將樣本於2030年發射至軌道，和“軌返”組合體進行對接並把樣本轉移到返回器。2031年7月，返回器將回到地球，實現樣本回收。

“天問三號”飛行計劃（圖源：CNSA）

我們的方案其實和NASA的計劃很類似，難度和風險也相當大。但我們有不少有利因素。

首先，“天問三號”的樣本採集方式直接簡單，不涉及多台探測器的交互，風險大大減少。

其次，我們有“嫦娥五號”月面採樣返回的成功經驗。中國是世界上唯一實現無人航天器從地外天體起飛以及地外軌道無人交會對接的國家。和月球相比，火星採樣返回只是規模更大、航程更遠、着陸和起飛難度增加（由於火星大氣層）、一次發射變成了兩次而已。“嫦娥五號”有大量經驗可繼承和參照。

再次，我們有制度優勢。只要目標明確，我們就有意志和能力將它長期執行下去。中國載人航天和月球探測計劃就是最好的例子。

所以，中國極有可能在火星採樣返回上實現對美國的超越。我們不僅在時間上提早兩年（我國2031年，美國2033年），我們計劃採集的樣本也更多（我國一公斤，美國600克）。而且，相信中國的火星採樣返回任務將會把載人登陸火星的相關技術驗證考慮進去，就像“嫦娥五號”作為未來載人登月的技術驗證（縮小版）一樣。

2021年6月，中國在當年的全球太空探索大會上，公佈了我們自己的載人登火計劃。這又是一個屢試不爽的“三步走”計劃：近期取樣返回，中期載人登火，遠期火星基地和大規模開發。

如果説第一步取樣返回，我們在可能在時間和採樣重量上超越NASA，那麼第二步載人登火計劃中，我們不僅會有和SpaceX火星計劃相當的巨型火箭、可複用軌道轉移級和單級登火艙，而且在地火轉移中會使用堪稱科幻、讓星艦也黯然失色的核熱和核電推進，從而實現技術上的超越。

説起星艦，它已經越來越可能是美國載人登火的希望所在，因為SLS雖然歷經無數次延遲，終於成功完成了“阿爾忒彌斯一號”試射任務，登上了人類在役最大火箭的寶座。但是，它複雜而昂貴的弱點也暴露無遺。不要説火星，就是基於SLS的載人登月計劃也將無比昂貴，未來十年美國能否持續支持這樣一個沒有短期產出的巨型項目，已經是一個很大的問號。

超重/星艦的可複用和低成本有着極大的競爭力，大概率會在未來某一天替代SLS。很難想象NASA會並行於SpaceX執行另一個更昂貴的載人火星計劃。但星艦設計過於激進，隱含的風險極大，最後能否成功仍然有很大的不確定因素。

長九、超重/星艦、SLS Block 2比較（圖源：NASA/SpaceX/網絡）

中國的策略更為穩妥。

載人登月用“長征十號”替代了“長征九號”，讓我們有更多時間優化“長九”的設計。龍樂豪總師一年披露一版的長九方案讓我們看到了其優化的脈絡。

2月28日龍老透露的“長九”最新方案再次用上了200噸級液氧甲烷發動機。安裝30台發動機的光桿“長九”第一級將實現複用，使得它和超重/星艦的差距進一步減小。

事實上，低成本發射系統不僅是火星計劃的關鍵，也是人類大規模進入太空的基礎。讓人欣慰的是，中國正在這方面急起直追。

正如我在一年半前的文章中所説的，我們也許有機會（也有幸）看到一場波瀾壯闊的火星競賽。那將是一場決定未來百年地球格局和太陽系力量對比的大國競賽。

順便説，在這之前，也就是接下去的十年裏，我們將目睹一場同樣精彩的中美載人登月競賽。其實這種和平方式的科技競爭未嘗不是壞事。當初美蘇的太空競賽極大地促進了科技的發展，轉化的技術造福經濟和民生，至今仍在受益。希望中美太空競爭也能造福全人類。

未來幾個月，也許火星上會出現一場沙塵暴，將“祝融號”電池板上的灰塵吹落，電力得到恢復。也許隨着火星温度變化，系統終於突破閾值恢復工作。也許，環境變化會導致未知的隨機性故障自行修復。如果這樣，我們就把它當作意外的驚喜好了。

不管發生什麼情況，“祝融號”終將在火星上一直沉睡下去，直到有一天我們的後人們來到它的身邊。那時，它將成為一個重要的歷史遺蹟，會被小心地保護起來，長期存在下去。它身上的那面五星紅旗，將永遠和火星同在。

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