人类登陆火星困难重重

美国宇航局描绘的火星登陆美景
美国科学家想象的火星居住图
欧洲宇航局发布的火星峡谷风貌
有中国志愿者王跃参加的人类首次全面模拟火星载人航天飞行“火星-500”试验，自6月3日在莫斯科启动以来，已顺利进行了一个半月时间。而美国总统奥巴马今年4月表示，美国将放弃旨在重返月球的“星座计划”，期待到本世纪30年代中实现载人登陆火星。那么，我们真的有可能亲眼目睹人类登临火星的壮举吗？和登月相比，人类登陆火星要克服哪些特殊的困难——
发射重量大大增加
利用空间站、月球做“中转”？
上世纪六十年代末七十年代初，人类曾完成了六次登月。然而和登陆月球相比，人类登陆火星最显而易见的困难就是太空飞行的距离大大增加。距离的增加会带来一系列的问题，登火星的困难多半与此有关。
国家天文台研究员李竞告诉笔者，月球基本在一个圆轨道上围绕地球运转，距离差不多是38万千米。以现有的火箭，差不多三天内都可以到达。而火星和地球都围绕太阳运转，相互的距离是一个大变量。当它们处在太阳的同一侧时距离最短，光线大约要走四分钟；而当它们分处于太阳的两侧时，距离最长，光线大约要走二十分钟。即便是最短距离也差不多有6000万千米，比地月距离远了一二百倍。而火箭飞向火星，需要半年多的时间才能到达，加上在火星逗留的时间，人类从火星往返，差不多需要一年半的时间。
一年半的时间，宇航员需要的食品、饮料、氧气，飞行、返回的燃料等都要随舱携带，就是一批很大的物资，而且这么长时间的飞行，总要给宇航员一定的活动空间，轨道舱不能太小，这和载人登月以及无人探测火星时的情况都是大大不同的，这就使火箭的起飞重量成倍增加，而目前人类还造不出这样大的火箭。
中国科学院空间科学与应用研究中心研究员、曾任载人航天工程应用系统副总指挥潘厚任告诉笔者，除了在火箭技术上寻求突破以外，还有另外一些可能的解决问题思路，比如把飞船、物资、火箭等一部分一部分地运到地球空间站上去，在空间站里组装起来之后再向火星发射，这样就可以摆脱很多地球引力的影响。同样的思路，利用月球作为中转“跳板”，也是一种可能的办法。
火星引力比月球大
“火星服”要“大减负”
潘厚任介绍说，月球引力是地球的六分之一，而火星引力是地球的38%。火星引力是月球的差不多一倍，这个差别也会带来一系列的问题。
首先是登陆火星的宇航服问题。当年“阿波罗”计划中的登月服，在地球表面重量约一百千克，在月球表面重量是十几千克，人穿上在月球表面活动还是可以接受的。但这套服装在火星表面的重量是近四十千克，相当于人扛着七八十斤的重量四处活动，就显得太重了。因此，必须研制出适合登陆火星的宇航服，它在地面上的重量应该不超过五十千克。
同样由于火星引力比月球大了一倍，返回火箭要克服的引力也大了一倍，登陆舱与绕火星运行的轨道舱会合后，需要达到每秒5公里以上的速度，才能克服火星引力，踏入返回地球之旅。
而且与月球相比，月球上完全没有大气，而火星上虽然大气很稀薄，但毕竟是有的，因此也有气象。从地球上观测，发现火星上的沙尘暴很厉害，这对返回火箭的发射都可能带来影响。
选择发射窗口不容易
一旦错过要等两年多
正如前面所说，由于火星与地球相互位置关系比较复杂，选择发射窗口及飞行路径就是一个十分复杂的工作，绝不像打枪瞄准那么简单，可以说每个火星探测器走的路径都不尽相同。
而载人登陆火星，不但要选择合适的发射窗口，还要考虑登上火星后，是否有合适的返回窗口。一旦错过，火星和地球会越飞越远，等待下一次火星与地球再来到与太阳同一侧的最短距离，需要780天之后了。
由于要同时考虑发射和返回，因此发射窗口和返回窗口都不可能是最佳选择，这需要进行复杂周密的计算。
同样由于距离遥远，对飞船的跟踪、测轨、通信工作都带来了很大的挑战。而火星上温度很低，年平均气温在零下60摄氏度左右，这对电子元器件的正常工作是个巨大考验。李竞介绍说，苏联曾多次发射火星探测器，也曾进入火星轨道甚至在火星着陆，但都没有有效地解决通信联络问题。而2003年6月2日，欧洲宇航局“火星快车”探测器发射升空，它携带的“猎兔犬2”号登陆器预定于2003年12月25日凌晨登陆火星，但直至今日地面控制中心仍未与其取得联络。如果这样的事情发生在载人火星登陆上，无疑会酿成惨剧。
太空生存一年半
挑战精神、生理新极限
潘厚任介绍说，人类到目前为止，最长的太空飞行记录是438天，是由一位俄罗斯宇航员在和平号空间站上创造的，当时人回来是用担架抬下来的。这是一个比较极端的试验，而现在通常的做法是，空间站上的宇航员要半年换一批，这样比较符合人体承受的限度。
而人类往返火星，需要在太空停留约一年半，不但超出了目前为止人类太空停留的极限，还要完成登陆火星等很多复杂的工作，人的精神体力到底能不能受得了，将是很大的疑问，目前进行的“火星-500”试验，就是对此进行的试验探索。
举一个最简单的例子，在火星上与地球进行一问一答一次最简单的对话，要花费十几分钟的时间，这对人的耐心就是个考验。而且一年半的时间里，如果总吃太空食品人体是否能承受？不过对此潘厚任介绍说，可以考虑在飞船内种一些蔬菜加以解决，这个在技术上并不困难。
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人类为何要登陆火星？
■对科技发展是巨大推动
国家天文台研究员李竞告诉笔者，人类探索外星球，绝不仅仅是为了满足好奇和幻想，而是对科学技术发展的巨大推动。比如，美国科学技术与苏联一下子拉开了巨大差距，主要是由于登月计划的成功实施带来的。今天所有的高科技，如果追根溯源，往往都可以追踪到当年的“阿波罗”计划，像无线通信技术、计算机技术的突破，都是出于人类登月的需要。
可以想象，人类登陆火星计划的实施，必然会给人类科学技术的新突破带来强烈刺激，最终给人类的发展带来福祉。而科学技术的突破，往往需要设定一个具体目标作为抓手，才能集中力量获得实现。
■了解外星球
李竞说，正是由于人类登月以后捡回了月球岩石，在月球上安装了月震仪，才对月球的起源、形成有了更深入的认识。如果人类能够成功登陆火星，一定会对火星的认识有更大的突破。
长期以来有一种说法，认为火星上有大洪水冲刷的痕迹，并由此推测火星上曾经有过生命，但是后来由于环境恶化，生命灭绝了。甚至有人更进一步提出，火星的过去就是地球的现在，火星的现在就是地球的未来。李竞说，人类如果能够登陆火星实地考察，甚至如果能够获得火星生命化石，一定会让我们对于宇宙和生命的认识有大的突破。