2030：火星移民路線圖︱鄭永春

鄭永春

你

博士，研究員，行星科學家，科普作家。中國科學院國家天文台科學傳播中心主任。2016年美國天文學會卡爾?薩根獎獲得者

火星，一顆紅色的星球！

火星上有山，有水，有峽谷，有大氣，有微弱的磁場。火星上有土壤，有岩石，有沙塵暴，甚至地下還有豐富的礦產資源。火星的兩極，也有冰凍的白色冰原。這一切，與地球是那麼的相似。

20世紀50至60年代，太空時代伊始，人類曾經把深空探測的重點放在以愛與美之神維納斯為名的金星上，因為它與地球的大小相似，距離最近，但科學探測後發現，金星其實是一個地獄般的星球：火山爆發，高溫、高壓，濃密的大氣，有毒的降雨。迄今為止，登陸金星表面的航天器工作壽命非常之短，甚至活不過幾分鐘。這是一個不可能有生命的星球，也不可能讓人類移居。人類對金星的探測興趣越來越弱。

正好相反，人類對火星的探測熱情，是隨著探測程度和認識深度的加深而逐漸提高的。隨著對火星的認識越來越綜合、全面、系統，我們發現，火星是整個太陽系中與地球最為相似的行星，也是唯一經改造之後有可能適合大規模移居的星球。因此，火星是人類的希望之星。一旦在地球上面臨難以抵禦的重大災難和危機，人類就可以移居火星，在那裡開拓新的家園。

每當我在報告中提到載人登陸火星，或者移民火星時，很多人會覺得不靠譜，是科幻。但隨著人類對火星越來越了解，知道那裡有什麼可以支撐人類在火星上的生存，以及航天技術、相關科技領域近年來取得的巨大突破，使人類登陸火星和移民火星這一不切實際的想法，正在變得越來越可行，離我們越來越近。

我們來梳理一下人類登陸火星的相關技術，在這些技術支撐下，也就可以大致描繪登陸火星的技術路線圖，讓我們對移民火星更有信心。

登陸方式

登陸火星必須穿過火星稀薄的大氣層，這個過程在地面上難以現場指揮，只能靠航天器的自主操作，失敗風險最高，被稱為「黑色七分鐘」。迄今為止，全世界只有美國的航天器成功登陸過火星。在技術選擇上，鳳凰號著陸器登陸時採用了可壓縮的著陸支架進行緩衝；機遇號和勇氣號火星車採用了降落傘減速，輔之以氣囊在地表彈跳，減少對火星車的衝擊；好奇號火星車則研發了新的太空起重機技術，火星車在地表一定高度懸停，通過纜繩慢慢降落到火星表面。未來載人登陸火星時，航天員、登陸艙和物資設備重量更大，降落傘難以起到有效的減速作用，除太空起重機之外，還需要研發更先進的火箭反推和自主控制技術，才能實現有效的平穩減速。

飛船

新一代的載人飛船獵戶座號正在研製中，將於2018年進行繞月飛行。這種新型載人飛船，空間更大，設備更先進。根據此前的設計方案，在此基礎上進行改造，可以滿足飛往火星的任務。

火箭

火箭是航天的基石，沒有火箭，哪裡都去不了。美國宇航局正在研製新一代太空發射系統（SLS）。這種重型運載火箭最終的運載能力將達到143噸，甚至可能達到165噸，與阿波羅登月時的土星五號非常相近，號稱史上最強運載火箭。除了官辦航天，2018年2月，SpaceX的獵鷹重型火箭，搭載一輛紅色特斯拉跑車，進入了環繞太陽的軌道。獵鷹重型號稱現役最大推力火箭，一級火箭可以回收後重複使用，星際運輸成本更低。在此基礎上，有望打造一條從地球往返火星的廉價航線。馬斯克在火星上退休的夢想又近了一步。

埃隆?馬斯克的獵鷹重型運載火箭搭載著SpaceX 公司首席執行官——埃隆?馬斯克（Elon Musk）私人擁有的櫻桃紅色特斯拉敞篷跑車。

能源供應

火星上也有白天和黑夜，一晝夜是24小時39分鐘。火星比地球更遠離太陽，太陽光強度比地球上弱。僅僅採用太陽能，可能無法滿足火星基地的供電需求。因此，核能是未來火星基地所需的能源供應方式。很多人談核色變，其實大可不必。好奇號火星車、飛越冥王星的新視野號都裝配有核電源，可以支撐它們一直工作到2030年。至少還有20多個深空探測器，也都採用了太空核能技術。目前，科學家正在研發小型的新型核反應堆，以滿足火星基地高效、安全的供電需求。

原位資源利用

鑒於地球與火星之間的遙遠距離，以及昂貴的運輸代價，利用火星上的原位資源，研發燒磚、生產玻璃纖維、3D列印等建築材料生產技術，生產和循環利用水、氧氣等生命所需物質，儘可能減少從地球到火星的運輸量，可以降低火星基地建設的成本，降低建設風險。這方面國內外已經開展了大量研究，接下來要做的是提高這些技術在火星環境下使用的可行性。

NASA就舉辦了3D列印火星宜居地挑戰賽，向公眾懸賞250萬徵集可以利用火星表面的冰或表岩屑鍛造的3D列印建築設計，紐約的一家建築公司最終憑藉他們設計的冰屋設計奪得桂冠。

輻射防護

由於沒有全球性磁場，火星上的太空輻射要比地球上空的國際空間站、月球基地，都要強得多，對航天員的身體傷害和健康風險也要高得多。好奇號測量了火星表面的輻射劑量，科學家正在研製輻射防護技術，比如，利用火星土壤建設防護層，在火星上尋找洞穴，或者創造人工磁場，都可以防護太空輻射，減少對航天員健康的危害。

登陸火星，路途漫漫，我們更要關心飛往火星的航天員，那些智慧、勇敢，同時也需要情感溫暖的個體。在飛往火星的漫長旅途中，在載人飛船狹小的空間中，航天員如何應對矛盾衝突？面對火星上的寂寞長夜和無邊荒涼，面對長時間、甚至永遠也不可能與地球親人相見的煎熬，人的心理該如何調節？面對在火星上拓荒、為後代建設生存基地的艱苦歷程，他們能否迎來接班人，怎樣在火星上走向生命盡頭？這裡面，有大量的法律、生理、心理挑戰，都是地球上前所未有的，同樣需要開展深入研究。好在我們已經有了人類在國際空間站的長期生活經驗，在月球上登陸考察的經驗，以及在極地和荒漠地區長期生存的經驗，這些經驗將為人類在火星上生存奠定基礎。

登陸火星是人類史上最艱難的科技挑戰，不僅耗資巨大，要有強大的綜合科技實力支撐，還要有堅定的政治意志和強大的動員力。人類希望登陸火星，不是因為它容易，而是因為它太難了，難得我們踮起腳尖也觸摸不到。這種高難度的技術挑戰一旦突破，將牽引整個科技領域和國家實力的提升。移居火星是為人類命運共同體做貢獻，其中付出的代價將贏得整個世界和全人類的尊重。

我相信，像火星這麼大的一個星球，一定有獨特的資源，可以支撐人類的長期生存，就像五百年前被發現的美洲大陸，現在已經成為人類生存的樂土。火星，也終將成為人類在太陽系中生存的另一個家園。

我堅定地相信，在有生之年，將會看到人類登陸火星，並開始建設一個永久的居住地。

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