下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
载人探测或登陆火星对人类的未来具有深远意义，因此，一些航天大国很早就开始考虑载人登陆火星的问题，但由于技术、经费等多种原因，至今没能实施。进入21世纪后，载人航天技术和各国经济发展有了长足的进步，大大增加了实现载人登陆火星的可行性，所以人们又开始关注载人登陆火星这一宏大目标，它已成为全人类的共同梦想。
20世纪，人类实现了载人登陆月球；21世纪，人类最重要、最复杂的航天项目就是载人登陆火星，其主要目的有以下三点。
一是寻找地外生命，从而深入研究生命、地球乃至宇宙的起源和演化，以及人类在宇宙中的地位和最终的命运。因为科学家通过长期的天文观测和空间探测已经确定，火星是与地球最为相似、距离地球最近的行星，所以探测火星生命的起源和演化可促进对地球生命的起源和演化的研究。
二是大量迹象表明，火星以前很可能与目前的地球一样，只是经过几十亿年的演化才变成大气层稀薄、温度较低、水源枯竭等。因此，载人探测或登陆火星可为研究地球的演变，防止它变成人类难以生存的“第2个火星”做准备。
三是载人探测火星可能解决地球上存在的一些难以解决的问题。例如，到2050年，全球人口总数将增长到90多亿，因此有些科学家已经开始研究向太空移民的方案了。由于火星与地球最为相似，所以很多科学家认为可把火星改造成适合人类居住的第2个人类家园，在地球人口超过110亿人时向火星移民。
如果利用火星大气制动，将人从地球送入火星的航天器总质量就可以减小很多。这个设想的火星着陆运载器就是利用空气制动在火星上着陆
链接： 有报告还认为，只有实现载人登火的目标，才能证明通过付出巨大的人力、物力和财力来完成的载人航天探索是值得的。它对国家的经济、科技、教育、安全，国际关系及个人利益都有很大的好处，包括实际利益和精神利益（如开发地外星球，建立第2个人类家园）两类，只有将精神利益与实际利益相结合，才能成为继续载人航天项目的真正理由。
在载人登火方面，世界上航天实力最强的美国最为积极，在20世纪就先后出台过四个比较有影响力的方案，后来都因为造价过于昂贵、技术难度太大等没有实施。进入21世纪后，美国先后设计了两种载人登火的技术途径。
第一种途径是采用小行星重定向任务—火星的路线，实施步骤为先执行小行星重定向任务，即用无人航天器把一颗小行星拖至月球轨道，然后利用载人飞船把人送到该小行星，最后航天员从小行星飞往火星的卫星，之后在火星着陆。小行星引力小，上面的水可供航天员用，并能分解成氢和氧作为火星飞船的燃料。
第二种途径是采用月球—火星的路线，实施步骤为先建立月球基地，接着从月球基地飞往火星。月球距离地球比较近，引力比较小，也可能有水，适合作为载人登火的中转站。
第一种途径能较快实现载人登火的目标，不过风险很大，因为需要先把小行星捕获并拖至月球轨道，这是人类从来没有干过的复杂的事情。第二种途径反之。其实，第一种途径也是从月球轨道出发到火星。所以，这两种途径都将登陆月球视为载人登火的前哨阵地，由此可见，载人登月对于实现载人登火的目标意义重大。
由于火星距离地球遥远，载人登火要比载人登月难得多，必须克服千难万险才行。
火星基地的单个居住舱在火星表面着陆示意图
一是要研制出重型运载火箭。美国曾用近地轨道运载能力达127吨的土星5号重型火箭多次成功发射质量大于45吨的“阿波罗”载人登月飞船。由于火星距离地球更为遥远，所以载人火星飞船的质量必然大于载人月球飞船，为此首先需要研制出比土星5号火箭推力还大的重型火箭才行。
二是要研制出载人火星飞船。目前，人类只研制出绕着地球运行的卫星式飞船和飞往月球的登月式飞船，但还没有打造出载人登陆火星的星际式飞船，因为它的技术难度和成本大大高于前两者。由于路途遥远，来往火星至少要520天，因此，飞船要解决人身保护、空气、饮食供应等许多问题。
链接： 航天员在来往火星的过程中，会受到太阳风暴和宇宙辐射的影响，这就需要加强太空天气预报能力和改进各种防护设备。同时，在途中和到达火星后，都需要大量氧气、水和食品的供应。目前能够想到的方法有三种：一是由地面带过去，包括先用货运飞船把生活用品发到预定着陆地点；二是采用生物再生式生命保障系统，对航天员的尿液、汗液、呼出的二氧化碳进行回收处理，循环使用，并在舱内种植能放出氧气、吸收二氧化碳的蔬菜，以减少地面运输的压力；三是就地取材，生产航天员生活和工作所需物资，包括分解火星大气，使用3D打印机生产火星飞船的零部件等。另外，还需为火星飞船长途航行提供可靠的动力。
三是人体适应新的环境问题。在飞往火星途中和到达火星后，航天员长期处于微重力和低重力状态，会出现肌肉松弛或骨质变轻等太空综合征，而能活动的空间又很小，使这一问题变得更加严峻，并会对心理产生重大影响。到达火星后，与地球差异很大的火星环境对人体也是个挑战和考验。为此，俄罗斯、欧洲和中国的6名志愿者在2010—2011年开展了火星-500实验，主要探索人类登陆火星过程中所能够耐受的一切，尤其是心理和物质保障方面的问题。
第一批人类火星探险者可以再访海盗2号探测器着陆地点，以研究火星表面和大气对航天器的影响示意图
四是飞船在火星着陆过程中和着陆后的生活、工作保障。飞船在火星着陆时要经历“恐怖的7分钟”，好在火星有大气，可以利用降落伞减速。着陆后首先要解决能源供应问题，因为火星比地球离太阳远得多，靠太阳电池供电难以满足需求，而且火星的沙尘暴是地球12级台风的几倍，持续时间长达几个月，容易覆盖太阳电池而严重影响其工作，所以要考虑用核电源，还要保证航天员的安全性。火星沙尘暴对火星着陆器和舱外火星服的密封性、可靠性也是一种考验。
另外，火星上的温度比地球低许多，这对火星着陆器温度控制系统提出了很高的要求，当然，这也涉及着陆地点的选择，如果把着陆器停在洞窟里，就能冬暖夏凉并防宇宙辐射；也可用火星土壤覆盖着陆器。火星引力约是地球的1/3，在地球轨道使用的舱外航天服及载人登月用的月球航天服都无法在火星上使用，所以必须研制出功能更强、质量更小的火星航天服。
链接： 从火星返回地球更为不容易，因为火星引力较大，火星着陆器的上升级必须有较大的推力才行；火星飞船返回地球时的速度也比登月飞船快得多，所以难度大增，要严格控制进入地球轨道的角度、速度和时机，否则不是掠过地球就是坠毁在地球上。
五是要解决通信延时带来的困难。由于地球与火星距离遥远，无线电信号单程传输需要20分钟左右，故航天员无法获得地球控制中心的及时帮助，必须依靠飞船的自动控制设备和航天员的知识、经验来解决遇到的问题。在火星着陆后，还需要保证其与地球正常通信。
对于飞往火星途中因长期失重而引起的航天员肌肉萎缩、骨质脱钙等一系列问题，目前主要措施有两个：一是吃药，二是体育锻炼。不过，目前在太空中进行锻炼的效果并不太好，所以还在进行新的探索。克服失重不利影响最好的办法就是用人工的办法产生重力。但由于技术上的困难，目前在航天中还无法采用人工重力作为防护措施。为研究防止失重引起骨质丧失的好方法，航天医学家们正在继续努力，有望在人类进入火星前解决此问题。
有不少专家认为，载人登陆火星最大的困难之一是宇宙辐射。人在地球上生活时，由于地球磁场有屏蔽作用，所以能把银河系宇宙辐射的强度降低70%～90%。人即使在地球近地轨道上飞行，所乘坐的载人航天器也能受到地球磁场的屏蔽作用，使航天员受到的辐射剂量较低。但在行星际空间飞行的载人火星飞船则要受到大剂量宇宙辐射，如果不加防护装置，航天员所受的辐射剂量可高达几百戈瑞。
宇宙射线中的高能质子可穿透宇宙飞船照射到人体，击中人体后能引起组织器官的严重损伤，杀死人体细胞或改变人体内的DNA，降低人的免疫能力，导致航天员终身不育，增加癌症的发病率。现有两个解决方案，一是加厚火星飞船的舱壁，这种被动物理屏蔽方式的最大缺点是飞船质量太大，给发射带来巨大困难；二是采用主动物理屏蔽的方式，即在火星飞船四周产生人工强磁场，使射向火星飞船的辐射粒子偏离，其缺点是技术十分复杂，目前极难实现。所以，对于防辐射屏蔽技术还需进一步攻关。
火星上的航天员完成了他们在火星的工作，正在上升级运载器旁进行返回地球的准备工作示意图
链接： 火星航天员的选拔也是个难题。就目前的技术水平而言，航天员到火星1个来回至少需要约520天。在这样长的时间里待在1个狭小的空间中，对火星航天员的生理和心理等来说都是极为严峻的挑战，尤其是心理。火星航天员能不能保持正常和稳定的心理状态将火星旅行坚持到底取决于航天员的心理。
研究表明，去火星最好是由4人或6人等偶数组成的乘员组，以免交谈中孤立出1人。如果火星乘员组是由4人组成，其中1名是有驾驶航空器或航天器经验的驾驶员，1名是懂心理、妇科、牙科等的全科医生，1名是会修理飞船的全能工程师，还有1名是懂气候、地质的全才科学家。如果由6人组成，则其中应该有2名工程师航天员和2名科学家航天员。另外，男女混合编队比清一色的男性航天机组更有利于长期火星任务的完成。
航天员从火星表面提取核心样品示意图
因为飞行时间很长，所以火星航天员的选拔和训练注重的是心理素质，具有相容性，其次才是身体素质和知识水平。心理选拔的任务首先是在候选人中排除那些人格有缺陷和集体主义观念淡薄的人；同时发现那些不仅人格正常，而且善于团结同事、关心集体、助人为乐、心胸开阔、幽默和乐观自信的人。其次是评定候选人在长期与世隔绝的火星旅行中，能否身心健康、坚持到底，能否始终保持良好的心态和旺盛的工作热情。最后是在长时间完成单调和重复性的工作之后，还能否对突然发生的各种紧急情况及时做出快速反应。要成功完成载人火星飞行任务，主要是靠集体的智慧和力量，而不是靠个人的天赋和才干。因此有没有集体主义思想是个非常重要的选拔条件。
针对载人登火的技术途径，美国《探索途径》报告提出了“10个高优先级能力”，其中最关键的是火星进入、下降及着陆，辐射安全，空间推进和能源。其他为重型火箭、行星上升推进、环控生保系统、居住舱、舱外活动服、乘员健康、原位资源利用（火星大气）。
无论最后选定哪条技术途径，要想成功实施还将取决于关键任务要素的健康发展。例如，研制重型火箭、深空居住地和加压表面移动系统等。
不难看出，即使是举全国之力实施载人登陆火星难度也很大，最有效的办法有两个：一是像建造“国际空间站”那样开展国际合作，举全球之力，从而减小资金、技术等方面的压力，发挥各国的特长；二是缩短载人火星飞船抵达火星的时间，这样就可以规避长期太空飞行带来的生命保障、宇宙辐射、失重低重、心理生理、燃料备件等一系列问题。
美国载人火星飞船方案之一。它在近地轨道对接了热核动力发动机充气式居住舱及直径5米的“猎户座”多用途乘员飞行器（最左边）
美国曾计划研制名为“普罗米修斯”的核动力载人火星飞船，它的飞行速度为87000千米/小时，约目前载人飞船速度的3倍，用2个月的时间就能到达火星。不过，当时的核动力火星飞船方案存在巨大安全隐患，它使航天员所受的辐射量相当于每天做8次X光胸透，所以未能实施。不过，随着技术的发展，美国、俄罗斯现在又重启核动力载人火星飞船的研制，使它不会对航天员的身体健康产生不利影响，还能在1～2个月抵达火星。
前美籍华裔航天员张福林正在研制全功率可变比冲磁等离子火箭，如果成功，用它作为载人火星飞船的动力装置可大大缩短人从地球前往火星所需的时间，仅用39天就能抵达火星。但该技术何时能问世现在还不得而知。
由等离子火箭发动机推动的“贝库尤”载人火星飞船飞3个月到达火星示意图
总之，从目前人类所能达到的科技水平来看，载人登陆火星的所有难题都可以逐步解决，关键是需要投入大量资金，并需要众多专家的集体智慧来攻关。一项调查表明，2013年3月1000多位美国受调者民意投票显示，71%受调者希望2033年美国派遣航天员登陆火星；75%受调者表示美国航空航天局财政预算应当翻倍，达到联邦预算的1%。当前，美国航空航天局的财政预算仅占联邦预算的0.5%，而20世纪60年代“阿波罗”载人登月工程的时代，美国航空航天局的财政预算占联邦预算的4%。
在火星表面工作的航天员示意图
俄罗斯、欧洲和日本都曾抛出过载人登陆火星的计划，目前还在研究相关方案。我国专家建议，我国在2025—2030年实施载人登月，2050年实施载人登火。
至于把火星改造成人类第二个家园，然后向火星移民的方案目前也有不少，但就目前的技术发展水平和速度，可能要等到许多年以后。