算一算，航天员登上火星还要多少年？

​来源：中国航天报

最近，特朗普签署行政令，准备将美国航天员送往火星，加上马斯克连续发布“移民火星”计划，使载人登火再次引发了广泛关注。不过，外界分析认为，载人登火仍面临多重难关，综合考虑各方面因素，航天员大概在2050年左右才有可能安全、稳妥地开展火星之旅。

航天员开展火星之旅想象图。

为什么实现载人登火还需要那么久？这就要从载人登火必须攻克的难关谈起。

20世纪60年代，随着美国和苏联开展“太空竞赛”，探索火星成为重要目标，但受限于技术水平，成功的火星探测器寥寥无几。随后，“阿波罗计划”载人登月连续成功，近地轨道空间站开始建设，两大航天强国调整了战略发展方向，火星探测逐渐“冷却”，遗留了很多尚未解决的技术难题。

地球和火星的距离最远可达4亿公里，最近也超过5000万公里，经计算轨道周期可知，两大行星每隔780天左右才会短暂靠近，即所谓“会合周期”。这意味着，在使用化学能动力的前提下，航天器完成地火单程飞行需要半年以上，回程也要等待“窗口期”，再考虑到航天员在火星表面工作，预计完整的地火往返旅行耗时不少于3年。这个时长指标是当前载人航天技术难以支持的，更不必说涉及深空环境潜在风险、复杂工程组织管理、综合任务保障、航天员安全性等因素。

其中，航天员安全性问题特别突出。载人航天各个分系统均尽量提高冗余，确保航天员安全可靠地执行任务。众所周知，经历长期太空微重力环境生活后，人体的骨骼肌肉、心血管系统、免疫系统等普遍会遭受明显的消极影响。在现有技术条件下，航天员想执行火星任务，必然长期处于不断变化的重力环境中，生理风险难以评估，心理隐患也不容忽视。如果不能解决这个问题，载人登火任务就会面临更加复杂的道德和社会风险。

究其根本，这体现了当前火箭、载人飞船等航天器动力/运力不足的尴尬。在“阿波罗计划”促使人类畅想载人登火的年代，冯·布劳恩经过研究论证，认为需要10枚土星5号重型火箭才有可能实现载人登火。这样看来，如果使用“太空发射系统”等传统设计的重型火箭执行载人登火任务，必然付出难以承受的代价。

对此，科研人员提出的主要思路有两种：其一，推动航天器动力革新，摆脱化学能动力限制，大幅缩短地火单程飞行时间，但相关技术成熟应用恐怕不会早于21世纪中期；其二，提高载人航天器保障能力，改善航天员太空生活条件，具体措施包括显著扩大载人航天器供电供氧供水能力、设置人造重力空间、提供更丰富的太空娱乐和更稳定顺畅的天地通话条件等。

马斯克近期宣传，2026年发射“星舰”着陆火星，2028～2029年尝试“星舰”载人探火计划，属于后一种思路的尝试，或许有望提高载人登火任务的成功率，但必须解决“星舰”高频次发射、重复使用、“太空加油”等难题。从测试进程来看，“星舰”何时获得深空载人资质也难以预料。

“星舰”飞行图。

更麻烦的是，航天员安全着陆火星表面后，如何克服地火通信的延时困难，在充满未知的荒芜环境中完成任务，再实施一次安全性要求苛刻的载人发射？科研人员对此严重缺乏经验和系统性研究。

有观点认为，应当先行开展足够多的无人火星任务，利用人工智能技术，初步在火星轨道和表面上建设基础设施，支持航天员活动，预计相关技术测试和工程组织耗时不少于20年。

此外，从火星表面发射载人航天器返回地球，怎样解决推进剂问题？如果从地球将大量传统化学推进剂携带到火星，那么成本过于高昂。如果尝试利用火星资源制取足够的化学推进剂，或者从地球输送新型能源设备到火星，相关技术成熟应用也很难早于21世纪40年代。

事实上，外界分析美国航天官方预算和商业航天投资情况，发现载人登火计划似乎并未被认真对待。

一方面，特朗普签署载人登火行政令，表明美国官方将投入一定的资源，支持预研工作，相比大规模工程实施，仍有很大的差距。目前，美国宇航局的预算重点是“重返月球”、国际空间站运营、无人探索更遥远的行星，对火星探索的支持不足，火星采样返回计划更是横生波折。

另一方面，商业航天探索火星的热情不像宣传愿景那么高涨，主要目标是争取火星环绕器订单，利用美国宇航局的技术积累，通过优化管理和针对性技术攻关，在火星登陆、采样等环节中降低成本。哪怕是技术实力最强、宣传最有力的SpaceX公司，仍然主要关注在近地轨道乃至地月空间寻找更多盈利机会。

总之，考虑到巨大的系统工程与技术挑战，加上人类生理条件很难适应漫长而充满风险的火星之旅，各国航天对载人登火普遍处于预研阶段。相信积累更多工程技术经验后，人类有望在21世纪中期踏上火星。