继“探月”计划后，中国人又吹响了“取火”的集结号。日前，国家国防科工局发布我国第一个火星探测器和火星车外观设计构型图。同时，面向全世界征集“中国火星探测工程名称和图形标识”。

在科学与影视界享有崇高地位的“双栖明星”火星，实际上是“航天器的墓地”。从1960年前苏联发射第一艘火星无人探测飞船开始，世界各国现已发射逾30个火星探测器，任务成功率仅为46%。而且，至今人类还没有载人火星飞行的经历。

美国航空航天局预计，最快20年内，人类才有可能登陆火星。那么，火星到底有何奥秘？和登月相比，人类登陆火星还需克服哪些特殊困难？

“火星可能是地球的未来”
   

在我国古代，火星被称为“荧惑”。这是由于火星表面呈红色，常给人“荧荧火光，离离乱惑”的感觉。古埃及人则把火星当做农耕之神来供奉；古希腊人、古罗马人将火星视为战神的化身。 
   

“目前人类发现的所有星体中，火星是最适合改造的星球。”中国科学院院士欧阳自远介绍，火星与地球有许多相似之处：如地球上的一天是23小时56分，火星是24小时37分，因而二者有几乎相同的昼夜；地球的轨道面和赤道面的夹角是23度27分，火星是25度11分，故它们有着相同的四季变化。
   

不少科学家认为，“火星可能是地球的未来”。在美欧科幻电影中，“移民火星”的场景更是隔个一两年就会上映。为让这个梦想变为现实，美国航空航天局正在积极研发各种火星宇航科技。
   

其中，最具科技感的是猎户座飞船。2018年，它将先执行飞往月球背面的无人测试任务。至于载人飞往火星，还有一些核心技术需要克服，如载重和动力问题。目前，美国科研人员正在验证离子推进器技术，以便达到荷载更重、速度更快的目的。

星际旅行的微重力影响

火星是地球的近邻，同属太阳系的类地行星。但这个近邻，最远时相距超过4亿千米，最近时也有5500万千米，且每15年才有机会如此“贴近”。
   

这样的距离挑战，导致人类往返一趟火星，差不多需要一年半的时间。这段时间里，宇航员需要的食品、饮料、氧气及飞行的燃料等，都要随舱储藏或“生长”。这里面，除了必不可少的绿色蔬菜种植技术外，还需要配备一套先进的液体循环系统，以便处理和回收尿液、汗液和冷凝水。
   

同时，登陆火星还有宇航服问题。当年“阿波罗”计划中的登月服，在地球表面重量约100千克，在月球表面重量为十几千克，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将达40千克，穿着如此重的衣服在火星活动，是不是有点“压力山大”？因此，登陆火星的宇航服在地面上的重量，应该不超过50千克，且功能需更加完善。
   

“我们还没有实现登上火星伟大设想的另一个重要原因，就是无法解决长期星际旅行中，微重力环境下对宇航员身体产生的负面影响。”腾讯《大家》专栏作者、博士崔娅铭介绍，太空中最常见的微重力影响，就是“肿脸”和“鸟腿”现象。在微重力环境中，心脏仍然习惯于用更大的力量将血液泵到人类的上半身。于是，宇航员上半身的血压总是过高，感觉就好像被倒挂起来；而腿部由于血压较低、血量较少而变得很细。同时，宇航员的骨骼肌肉系统会逐渐退化，甚至还会发生失去方向感和免疫力降低等症状。
   

解决所有这些由重力变化导致的生理失调，根本上讲，需要创造出“人工重力”。这在理论上是可行的，可以通过舱体高速旋转和加速度运动来实现。但在飞船中，由于空间和能量的限制，如何做到这一点还需进一步验证。目前，宇航员所能做的预防身体机能失调的方式就是加强运动。

牵住“风筝”，拒绝星际迷航
   

2012年8月6日，史上最大、最复杂的探测车“好奇号”历经8个半月，终于登陆火星了。
   

美国航空航天局公布的一段视频显示：“好奇号”登陆火星的过程中，最惊险的一段要数“进入—下降—着陆”过程。由于整个过程持续约7分钟，所以科学家将其称之为“惊魂7分钟”。
   

“惊魂7分钟”从抵达火星大气层顶部的那一刻开始，直到降落到火星表面为止。在这个过程中，“好奇号”需穿过厚达128千米的火星大气层，承受高达约2400℃的高温，同时必须在准确的时间张开降落伞、打开8个火箭引擎，让降落时速从2.1万千米降至0。此前，所有成功接触到火星大气的11次火星任务中，有5次由于在进入大气层、下降和着陆阶段出现故障而失败。
   

这段惊魂之旅，是未来载人飞船登陆火星同样无法回避的。而且，由于人类肉体的先天限制，飞船显然还需在抗压性、稳定性等方面强化升级。 
   

此外，确保星际旅行不迷航,也很重要。如果把在星际航行的飞船比作“风筝”，那么航天测控网就是牵住“风筝”的线。通过这条看不见的线，地面控制系统才可以对飞船的飞行轨迹、姿态、各个系统的工作状态进行测量、监视与控制。而信号的强度与距离是成反比的，超远距离会带来信号衰减和传输延时等困难。
   

由于地球与火星最远相距4亿千米，因此需要实施超远距离的测控和通信。这就要求地面测控站的天线孔径很大，发射足够大的上行功率，并接收微弱的下行信号。    
   

这里面，飞船还面临一个多星定向的问题。多星定向是姿态控制里的难题，往地球传数据时要对地球定向；拍摄火星时要对火星定向；太阳能帆板还要随时对太阳定向。这对飞船的姿态控制来说，是一个极大的挑战。     
    

“改造”火星三部曲

假如人类成功登陆火星，接下来该怎么改造让其面貌“焕然一新”，以便适合人类居住呢？
   

第一步：升温。目前，火星上的气温徘徊在零下62℃，且昼夜温差较大。因此，人类有必要通过温室效应将火星温度大幅提升。这一操作的具体方法是，在地下储藏有全氟化碳（一种强大稳定的温室气体）的火星土地上建起开采工厂，通过合适的技术手段将其释放到大气中。
   

第二步：构建大气。当前火星大气的厚度，仅有地球的百分之一。而若要水保持液体形态，这个数字至少需提高到30%。在此之前，人类必须弄清火星大气中难有二氧化碳的原因。如果二氧化碳是由于与火星表面某种元素发生作用而被禁锢在土壤中，那么改造的希望将变得非常渺茫；如果并非这样，而是被紫外线、太阳风破坏或者吹走等其他原因，那么人类就还保有造出一个合适大气层的可能性。
   

第三步：释放液态水。之所以用“释放”而不是“带来”，原因在于水源自火星本身。尽管整颗行星看上去荒凉一片，但美国的勘测轨道飞行器发现，春夏两季时，火星赤道附近有水流过的迹象。同时，雷达扫描的结果同样暗示，火星表面之下可能藏有巨量的冰冻水。
   

当然，理论上的设想再怎么完美，现实操作时一定不会这么简单。从这个意义上看，对火星的改造，将是人类未来开拓更广阔宇宙事业的基石。        

（部分资料引自《科技日报》 图片来源：视觉中国 图片编辑：曹立媛）