载人登火宏伟愿景不断，仍需攻克多重难关

来源：中国航天报

火星是地球的“近邻”，处于太阳系内的宜居带中，其地质构成和演化过程均与地球有诸多相似之处。正因如此，自航天事业诞生至今，火星始终是航天科研和人类寄托探索梦想的焦点之一。

目前，多个国家和国际组织的官方航天力量已将实现人类首次火星采样返回作为近期深空探测重要目标，并积极论证载人登陆火星的长远计划。而以SpaceX公司为代表的商业航天新势力更是将“载人登火，移民火星”作为远期愿景和重大宣传目标。然而，外界分析认为，无人探测火星的成功率并不算很高，载人探测火星的综合难度与前者更是不可同日而语，凭借当前国际航天的技术基础，至少还需要在以下5个方面攻克诸多技术难关。

SpaceX公司设想在火星上建立城市的模拟图

第一，超重型运载火箭。相比无人火星探测器，为了长期维持航天员往返地球与火星之间的身心健康，载人火星探测器必须配备生命保障系统，并在现役同类系统的基础上大幅升级，增重也难以避免。换句话说，航天员需要生活在更大更重的飞船甚至大型空间站内，才能完成复杂的火星登陆任务，那么更强大的航天运输工具就是必不可少的。

如果仍采用传统的化学能火箭，仅运力一项指标要求就会远远超过现役型号，近地轨道运力至少不低于100吨级。如果想尽量缩短地火航行时间，一度被尘封的核动力超重型火箭研究计划很可能会重启。这种超重型火箭注定是昂贵的，必须尽可能追求复用性能，才有望支持可持续的载人火星探测与开发计划。

第二，远轨太空港，也就是远离地球轨道的大型、超大型空间站。

由于地球和火星均有强大的引力影响范围和一定的大气层，航天器发射和再入的成本、风险不容忽视。地火轨道会合周期长达780天，载人火星探测任务需尽量遵循该周期，采用霍曼转移方式规划发射窗口，限制了从地球向火星运送补给的能力。与此同时，人类对火星的开发、改造能力仍比较有限，在可预期的未来，火星表面条件无法支持人类长期生存。综合两方面条件来看，未来必须选择“地球轨道集合”和“火星轨道集合”的方式，建设远轨太空港，布置支持设备，储备物资，供航天员在地火航线两端驻留，择机实施短期登陆火星任务。

为此，航天科研人员有必要先攻克在地月空间特殊轨道上建设空间站乃至太空港的技术难关，积累工程经验，随后在火星轨道上开展类似施工项目。这就需要逐步掌握太空运输系统和远轨太空港总体设计、三体混沌轨道研究、太空制造等一系列关键技术。

第三，载人要求使火星着陆和返回的困难成指数级增加，必须针对性研发全套系统方案。

火星存在稀薄大气和气动加热现象，航天员和航天器着陆火星无法像着陆月球那样“忽视”隔热防护系统，这提升了航天器的研制难度。再考虑到地火距离最近时也超过5000万公里，通信延迟比较严重，因此载人登火必须不依赖地球控制，自主实现惊险着陆。

航天员想从火星返回，在当前技术基础上，必须提前在火星表面布置发射系统，并在火星轨道上布置对接舱段，难度和风险是不言而喻的。

第四，火星原位资源如何利用。火星表面空气稀薄，辐射强烈，极端温度交替，航天员不宜长期离开密封航天器或基地。由于从地球向火星补给物资的成本极高且不可持续，即使建成了火星轨道太空港，深入研究火星原位资源利用，就地解决建材、空气、食物、能源等供应难题，仍是必然要求。目前，火星表面制氧实验、模拟火星土壤增材制造研究初见成效，但距离满足载人登火所需仍相当遥远。

火星土壤挖掘与处理系统概念图，如何利用火星原位资源也是载人登火需要攻克的难关之一

第五，航天医学方面道阻且长。载人航天事业显著促进了航天医学发展，但航天员单次驻留太空时间仍无法与动辄数年的载人火星探测任务相比，航天医学研究存在空白。

在当前的技术条件下，载人登火之旅单程至少持续数月，相比近地轨道任务，人均生存空间更狭小，乘组成员更少，任务周期更长，太空失重和辐射环境更恶劣，身心健康挑战值得警惕，航天员在轨自行治疗和地球远程诊疗也面临考验。所以，有观点认为，航天员想要登陆火星乃至探索更遥远深空，最大的限制因素或许恰恰是脆弱的人体本身。为了确保载人登火任务成功，航天医学必须实现突破性进展。

既然面临如此多的困难，人类还有必要尝试登上火星吗？

事实上，人类绝不可能满足于永远生活在渺小的地球上，无穷的地外世界等待着勇敢探索者的脚步。各国新一轮探月大潮将月球资源勘探、开发作为重要目标，而金星的开发价值相对有限，火星就成为人类下一步飞出地月空间、开发广阔太阳系资源的“试金石”。或许，未来人类有望逐步建成位于月球、近地小行星、火星、主带小行星、木星卫星、土星卫星等的资源开发设施和补给站，真正成为跨行星生存物种。