作者|Ethan Siegel

自从人类第一次能够将仪器设备发射上天开始，到后来人类自己亲自涉足太空，人类长期以来的梦想就是殖民其他星球。
虽然水星、金星和所有气态巨行星都不适宜人类居住，但是火星在很多方面都看似与地球并无太大差别。

当然，火星的质量更小，产生的地心引力也更小，其大气层也要稀薄得多。其地表没有液态水——至少据我们目前所知是没有，因此其地表也没有生命迹象。
我们不能呼吸火星的空气，并且也没有磁场保护我们免受充斥星际空间的宇宙射线和太阳发出的致癌辐射的危害。
但是火星与地球有很多相同之处，包括与地球极地地区相同的温度范围、一天大约是24小时、极地被冰层覆盖以及与地球大致接近的轴倾角。


通过我们发射的登陆器和探测车，我们发现这里的地形与地球上的大沙漠并无异处。


但是地球和太阳系中的这颗“最像地球的行星”间有一个最大的差别。
尤其当我们的目标是让人类殖民这颗红色星球时，我们还需要克服一些重大障碍。
我们并不是说要使火星地球化，毕竟这是一个至少需要延续几个世纪的大工程，只是简单地让人类登陆火星，就需要克服生存的巨大的挑战。
以下是一些我们需要弄清楚的障碍，但是目前尚未进行测试的可行性解决办法，排名不分先后：

成功发射从地球到火星的重型运载飞行器的方式。


在通往火星的漫长旅途中（以及一旦我们登陆火星时），所需要的预防由宇宙和太阳辐射引发的灾难性疾病的防护措施，而在地球上我们受到磁场和大气层的保护。


一种不会导致登陆器烧毁并避免以过快速度通过大气层的方法。


一种适用于任何敏感载荷（如载人）的柔性登陆方法。


封闭的居住环境，能够完全地隔绝火星上的致命因素。


有足够的资源保证登陆生物能够自我维持（或者获得不间断的供给）
。


让我们逐一对以上各点进行分析，了解如今所取得的进展，以及为了解决这些问题需要改进的地方。

我们对于向太空中发射重型航天器并不陌生，但是将吉普车大小的探险车，如“好奇号”火星车以及搭载人类以及所有生存相关的装备，运上太空还是有很大差别的。
曾成功将“阿波罗”宇航员运送到月球的“土星5号”运载火箭，能够搭载300,000磅的负重，进入近地轨道（稍小于到月球的距离的一半），但负责发射的火箭自重高达650万磅（每次发射的成本为32亿美元）。
虽然我们现在仍然能够造出这种火箭，但是到目前为止火星发射任务用过的最大载荷还不到“土星5号”运载能力的一成。

辐射是个很大且恐怖的问题。
大多数航天局（包括美国宇航局、欧洲航天局和俄罗斯联邦航天局）规定一位宇航员所受辐射的最大限度为1西弗，这听起来可能不算什么，但要知道一般的辐射都是以微西弗为计量单位的。
超出地球的范艾伦辐射带的保护，每天的辐射剂量不超过2微西弗；通常抵达火星需要七个月的时间。而抵达火星表面后（与在行星际空间相反）情况会略有改善，每年的辐射剂量为132微西弗。
若想将辐射剂量降低至和在地球上一致，那么你就需要大约5米（16英尺）厚的泥土保护层。
虽然不是做不到，但是也并不容易。

安全穿越火星大气层中很困难，但是实现大载荷柔性着陆才是真正艰巨的任务。
事实上这两点是相互矛盾的：为了降低着陆速度，携带的阻速装备越多，如降落伞之类，就越容易受到火星上大风影响，发生的偏航也会越严重！
这是所有曾经尝试图登陆火星的航天器都遇到的一个大难题；一半以上的航天器没能成功着陆及部署，而这两点是主要元凶。

“好奇号”火星车取得了很大的成功，可尽管如此，其重量也仅为900磅。
若要使得10倍重量的载荷成功着陆需要开发出一种前所未有的技术，而且具有很大的风险。
搭载宇航员启动登陆减速火箭可能会是一个办法，但是火星上有很急的强风——地表附近的风速超过每小时100公里——这也使得此项任务更具挑战性。

如何在火星上建立一个封闭的、自我供给的“生物圈”呢？
我们曾在20世纪90年代末期在地球上做过尝试——生物圈2号——最终完全失败。不仅在于参与人员无法种植足够的食物，做到自给自足，也不仅在他们需要从外界获得补给，满足基本生存需要，最根本的在于这项实验连与外界环境完全隔绝都没有做到！
一开始他们带了八个品种的蚂蚁进入实验区，但是过了几个月，这些蚂蚁就全都消失了，取而代之的是亚利桑那沙漠本土的蚂蚁种群——打败了其他的蚂蚁，赶走了外来蚂蚁种群。
如果蚂蚁都可以进入到实验区，那么我们带进去的所有物种也都能跑出去，而打造一个稳定、密闭的内部大气环境是绝对必须的。至今为止，我们仍不能克服这个困难。

最后，直到（或除非）我们解决如何在火星上建造一个自给自足的环境，我们仍需要定期对登陆的人类进行补给。
也就是说为这里的人们运送食物、水和其他必要资源/物资。这也是个极大的挑战——火星和地球间的距离恰好需要780天的航行——也就是说我们需要很大的载重负荷，还需要安全缓慢地降落在火星上，并且精准地着陆在火星探险者能够到达的地点。


以目前的技术，这些困难没有什么是不能克服的，但前提是进行大量的研究，并投入人力物力和时间，以及不间断的资金支持。
粗略地估计10年的时间需要500至1,500亿美元的投资，才能使人类登上火星，但是要确保这些资金仅用于此项任务。
这期间不能受到任何威胁，不能耽误也不能间断。
如果做到这一点，那么我们就能够登陆火星，若不能……那么在未来的日子，就连《火星救援》（The Martian）这样的故事也只能是科幻情节，而非科学，除非我们能够团结一致，筹得足够的资金。


译|戴莉娟 校|李其奇

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