算一算,航天員登上火星還要多少年?_風聞
剑啸易水寒-深知身在情长在,前尘不共彩云飞。4小时前
來源:中國航天報
最近,特朗普簽署行政令,準備將美國航天員送往火星,加上馬斯克連續發佈“移民火星”計劃,使載人登火再次引發了廣泛關注。不過,外界分析認為,載人登火仍面臨多重難關,綜合考慮各方面因素,航天員大概在2050年左右才有可能安全、穩妥地開展火星之旅。
航天員開展火星之旅想象圖。
為什麼實現載人登火還需要那麼久?這就要從載人登火必須攻克的難關談起。
20世紀60年代,隨着美國和蘇聯開展“太空競賽”,探索火星成為重要目標,但受限於技術水平,成功的火星探測器寥寥無幾。隨後,“阿波羅計劃”載人登月連續成功,近地軌道空間站開始建設,兩大航天強國調整了戰略發展方向,火星探測逐漸“冷卻”,遺留了很多尚未解決的技術難題。
地球和火星的距離最遠可達4億公里,最近也超過5000萬公里,經計算軌道週期可知,兩大行星每隔780天左右才會短暫靠近,即所謂“會合週期”。這意味着,在使用化學能動力的前提下,航天器完成地火單程飛行需要半年以上,回程也要等待“窗口期”,再考慮到航天員在火星表面工作,預計完整的地火往返旅行耗時不少於3年。這個時長指標是當前載人航天技術難以支持的,更不必説涉及深空環境潛在風險、複雜工程組織管理、綜合任務保障、航天員安全性等因素。
其中,航天員安全性問題特別突出。載人航天各個分系統均儘量提高冗餘,確保航天員安全可靠地執行任務。眾所周知,經歷長期太空微重力環境生活後,人體的骨骼肌肉、心血管系統、免疫系統等普遍會遭受明顯的消極影響。在現有技術條件下,航天員想執行火星任務,必然長期處於不斷變化的重力環境中,生理風險難以評估,心理隱患也不容忽視。如果不能解決這個問題,載人登火任務就會面臨更加複雜的道德和社會風險。
究其根本,這體現了當前火箭、載人飛船等航天器動力/運力不足的尷尬。在“阿波羅計劃”促使人類暢想載人登火的年代,馮·布勞恩經過研究論證,認為需要10枚土星5號重型火箭才有可能實現載人登火。這樣看來,如果使用“太空發射系統”等傳統設計的重型火箭執行載人登火任務,必然付出難以承受的代價。
對此,科研人員提出的主要思路有兩種:其一,推動航天器動力革新,擺脱化學能動力限制,大幅縮短地火單程飛行時間,但相關技術成熟應用恐怕不會早於21世紀中期;其二,提高載人航天器保障能力,改善航天員太空生活條件,具體措施包括顯著擴大載人航天器供電供氧供水能力、設置人造重力空間、提供更豐富的太空娛樂和更穩定順暢的天地通話條件等。
馬斯克近期宣傳,2026年發射“星艦”着陸火星,2028~2029年嘗試“星艦”載人探火計劃,屬於後一種思路的嘗試,或許有望提高載人登火任務的成功率,但必須解決“星艦”高頻次發射、重複使用、“太空加油”等難題。從測試進程來看,“星艦”何時獲得深空載人資質也難以預料。

“星艦”飛行圖。
更麻煩的是,航天員安全着陸火星表面後,如何克服地火通信的延時困難,在充滿未知的荒蕪環境中完成任務,再實施一次安全性要求苛刻的載人發射?科研人員對此嚴重缺乏經驗和系統性研究。
有觀點認為,應當先行開展足夠多的無人火星任務,利用人工智能技術,初步在火星軌道和表面上建設基礎設施,支持航天員活動,預計相關技術測試和工程組織耗時不少於20年。
此外,從火星表面發射載人航天器返回地球,怎樣解決推進劑問題?如果從地球將大量傳統化學推進劑攜帶到火星,那麼成本過於高昂。如果嘗試利用火星資源製取足夠的化學推進劑,或者從地球輸送新型能源設備到火星,相關技術成熟應用也很難早於21世紀40年代。
事實上,外界分析美國航天官方預算和商業航天投資情況,發現載人登火計劃似乎並未被認真對待。
一方面,特朗普簽署載人登火行政令,表明美國官方將投入一定的資源,支持預研工作,相比大規模工程實施,仍有很大的差距。目前,美國宇航局的預算重點是“重返月球”、國際空間站運營、無人探索更遙遠的行星,對火星探索的支持不足,火星採樣返回計劃更是橫生波折。
另一方面,商業航天探索火星的熱情不像宣傳願景那麼高漲,主要目標是爭取火星環繞器訂單,利用美國宇航局的技術積累,通過優化管理和針對性技術攻關,在火星登陸、採樣等環節中降低成本。哪怕是技術實力最強、宣傳最有力的SpaceX公司,仍然主要關注在近地軌道乃至地月空間尋找更多盈利機會。
總之,考慮到巨大的系統工程與技術挑戰,加上人類生理條件很難適應漫長而充滿風險的火星之旅,各國航天對載人登火普遍處於預研階段。相信積累更多工程技術經驗後,人類有望在21世紀中期踏上火星。