上圖：2011年6月，好奇號火星車在火星科學實驗室接受流動性測試時拍下的照片

左圖：俄羅斯近15年來第一個星際站“火衛一-土壤”

本期專家：中國空間技術研究院研究員龐之浩

　　最近，關於火星的新聞可真不少。中國志願者王躍和來自其他國家的5名志願者結束長達520天的往返火星與地球的模擬實驗，走出模擬飛船“返回地球”。 搭載我國首枚火星探測衛星“螢火一號”的俄羅斯“火衛一-土壤”探測器發射升空後，由於故障未能進入預定的地火轉移軌道，預計將於明年1月墜落回地球。造價25億美國第三代火星車“好奇”號帶著探索火星生命的任務升空。

　　為什麼我們關注火星呢？在人類探索火星的征途中都有哪些收穫？又經歷了哪些失敗？火星能成為我們的第二家園嗎？

　　———— 火星素描 ————

　　有穩定氣體和液態水，目前沒有生命跡象

　　火星是距地球最近的紅色行星。火星有穩定的氣體，星上到底有沒有生命，是人們最想知道的事情。作為太陽系九大行星之一，火星上也有四季，火星表面像地球上的岩石、火山和沙漠。人們一直認為，火星是太陽系中最可能有生命的一個星球。

　　科學家們發明了兩套指數來判斷一個星球是否和地球相似，以及人類移居過去的可能性。據介紹，地球相似度指數是用來評估行星或衛星與地球究竟相似到何種程度，該指數考慮的因素包括星球大小、密度以及與主恒星的距離等。行星宜居度指數則考慮一組完全不同的因素，如星球表面究竟是岩質的還是冰凍的、星球是否有大氣層、是否有磁場等。此外，行星宜居度指數還考慮生物體是如何獲得能量的，是利用主恒星的光能還是通過一種被稱為“潮汐可撓性”的過程獲得能量。化學因素也是行星宜居度指數考慮的因素之一，如是否存在有機化合物等。按照地球相似指數排行，如果地球的指數是1.00，火星則可以達到0.70。而火星的行星宜居度指數排行更靠前，達到0.59。

　　據美國科技新時代網站8日報道，近些年來，有關人類在火星上找到證據證明火星上曾有水存在的消息已屢見不鮮，而日前美國“機遇”號火星探測器更是有了空前的新發現——石膏。研究人員介紹稱，幾乎可以確認那些石膏是在水流經過之處沉積下來的，這證明火星上曾有過液態水，“這一發現堪稱‘碩果’”。

　　在美國國家航空航天局的新聞發佈會上，“機遇”號火星探測項目的負責人康奈爾大學的史蒂夫表示：“這次發現的石膏相當純粹，之前在火星上找到的與水有關的石膏、礦物質遠不及此次發現更有價值。儘管石膏在地球上並非罕見，但能在火星上與它相遇卻足以讓地理學家們興奮不已。”

　　但是，雖然最近在火星上發現了種種新聞，但不得不承認的事實是，火星要成為我們的第二家園仍需不短的時日。倫敦大學學院太空生物學家劉易斯達特奈爾生命的形成時説：“生命形成過程中需要跨越許多障礙，我們不知道生命起源有多艱難。到目前為止，人類已知的存在生命的星球只有一個，那就是地球。”

　　———— 火星探測 ————

　　各國共發射40余次探測器，喜憂參半

　　最近，俄羅斯和美國的火星探測項目都傳來新消息，一家歡喜一家愁。其實，在人類對火星發射探測器的幾十年裏，獲得成功的幾率並不高。

　　11月9日，我國首個火星探測器“螢火一號”在拜科努爾發射場由俄羅斯“天頂－2SB”火箭發射升空。然而，由於俄方探測器出現故障而失敗，使我國的“螢火一號”也未能如願奔向火星，而是滯留在近地軌道，中國首次火星探測行動最終流産。據美國戰略司令部的最新預測，11月9日發射並“卡”在地球軌道的俄羅斯火星探測器“火衛—-土壤”將正好在發射後兩個月的時候，即1月9日進入厚厚的大氣層並墜落地球。

　　“火衛—-土壤”是俄羅斯最近15年來第一次用於從火星衛星上取回土壤樣品的自動星際站。“天頂－2SB”運載火箭11月9日淩晨發射時運轉正常，但是“火衛—-土壤”的主發動機沒有啟動，未能將探測器推入飛往火星的軌道上，使“火衛—-土壤”留在近地軌道上，兩個星期以後才與它取得聯絡，但聯絡隨後再次中斷。

　　“螢火一號”以探測火星空間環境、大氣環境為主，具體探測目標是火星空間磁場、電離層及其變化規律，探測地形地貌、重力場等。它搭載在俄羅斯“火衛—-土壤”探測器內部，是我國第一個去“探望”火星的微小衛星。中國航天科技集團公司載人航天工程辦公室主任童旭東表示，受軌道距離影響，兩年內不會再有新動作。

　　與俄羅斯的失敗經歷不同的是，美國人的“好奇號”火星車于上月底發射升空，隨後順利進入飛往火星的軌道，發射取得圓滿成功。佛羅裏達州卡納維爾角發射世界最大、最先進的無人核動力火星車“好奇號”，將在明年8月抵達火星，以了解火星現在或過去是否適合生命存活。

　　“好奇號”像汽車般大小，將採用降落傘、制動下降、“空中起重機”等方法著陸。好奇號火星車誕生於2004年，是迄今技術水平最高的火星著陸器。登陸火星後，“好奇號”將分析火星上的數十個岩石樣本，調查火星環境是否適合微生物或生命生存，尋找生命線索。

　　這項計劃耗資25億美元。“好奇號”大小如一輛小型車，重約900千克，比之前在火星上的“機會號”大兩倍，重五倍，稱為“火星科學實驗室”。主要任務是探尋火星上的生命元素，也希望能找到火星曾經適合生命存在的證據。

　　“好奇號”能搭載更多的儀器，攜帶10種重要設備飛往火星，包括機械臂，能夠挖掘物質並送到火星車上的實驗室，對粉狀物進行分析；並擁有雷射設備，可將6公尺以內的石塊及土壤樣品變成粉末。另外，“好奇號”的動力並非來自太陽能，而是核電能，利用放射性衰變産生的熱能發電。

　　美國航空航天局于1970年代啟動“海盜”計劃，首次展開了火星探測之旅，探究地球以外的星球究竟是否有生命存在。

　　自1960年10月蘇聯發射第一批火星探測器以來，蘇聯和俄羅斯、美國、歐洲、日本共進行過43次發射，半數以上以失敗告終。所有任務中包括13次著陸任務，其中只有7架探測器在著陸後成功發回信號。美國航空航天局在所有火星探測活動中的成功率最高為65%，其發射的7個著陸探測器中有6個獲得成功。

　　航天專家龐之浩介紹，我國專家正在積極力爭在近些年利用我們的火箭和測控通信系統，發射和運行我國自己的火星探測器。長遠來看，我國火星探測也是想跟月球探測計劃一樣採用繞落回的方式逐步進行。

　　———— 專家觀點 ————

　　載人登火星仍面臨四大困難

　　航天專家龐之浩介紹，21世紀人類航天最重要、最複雜的項目就是載人登火星，其目的之一是尋找地外生命，從而深入研究生命、地球乃至宇宙起源和演化，以及人類在宇宙中的地位和最終的命運。另外，載人探測火星可對研究地球的演變，防止它變成人類難以生存的第2個火星做準備。還有，載人探火星可能解決地球上存在的一些難以解決的問題。由於火星與地球最為相似，所以很多科學家認為可先把火星改造成適合人類居住的第2個人類家園，在地球人口超過110億以上時向火星移民。

　　載人探測火星很有意義，所以，一些航天大國很早就開始考慮載人登火星的問題，尤其是美國，先後出臺過四個比較有影響的載人登火星方案。但由於多種原因，這些方案沒有一項能夠實施，目前正在研究新的方案。

　　即使現在的科技已經突飛猛進，但據航天專家龐之浩介紹，人類進軍火星是充滿艱險的征途，面臨著必須克服的眾多難題。

　　“一是飛行動力的問題。”龐之浩介紹，載人火星飛船的重量必然大於45噸的“阿波羅”載人登月飛船，所以首先需有比土星5號火箭推力還大的運載火箭，或採用多次發射，然後在近地軌道多次對接的方式實施。另外，從火星返回地球更為不容易，所以有志願者願買“單程票”。

　　二是人身保護和空氣、飲食供應的問題。航天員在來往火星的過程中，會受到太陽風暴和宇宙輻射的影響，這就需要加強太空天氣預報能力和改進各種防護設備。同時，在途中和到達火星後，都需要保證航天員的氧氣、飲水和食品的供應，目前能想到的方法一是採用再生式生命保障系統，二是就地取材生産。

　　三是人體必須適應新的環境問題。在飛往火星途中和到達火星後，航天員長期處於微重力和低重力狀態，會出現肌肉鬆弛或骨質變輕等太空綜合症，而能活動的空間又很小，使這一問題更加嚴峻，並會對心理産生重大影響。到達火星後，與地球差異很大的火星環境對人體也是個挑戰和考驗。

　　四是著陸火星和實時聯絡問題。登臨火星實際上也是飛船進入技術問題，要經過離軌、過渡、進入大氣層和軟著陸四個階段，儘管時間不長但危險性很大。由於地球與火星距離遙遠，無線電信號單程傳輸需要20分鐘左右，故航天員無法獲得地球控制中心的及時幫助，必須依靠飛船的自動控制設備和自己的知識、經驗來解決遇到的問題。著陸火星後，還需要保證與地球的正常通信聯絡。

　　30年後登上火星比較實際

　　龐之浩介紹，對於長期失重引起的航天員肌肉萎縮，目前的主要對抗措施是加強航天員的體育鍛鍊。不過，目前在太空中進行的鍛鍊效果並不太好，所以還在進行新的探索。“克服失重不利影響的最好辦法就是用人工的辦法産生重力。”龐之浩説，但是由於技術上的困難，目前在航天中還無法採用人工重力作為防護措施。為了研究防止失重引起骨質喪失的好方法，航天醫學家們正在繼續努力，希望在人類進入火星前解決此問題。

　　此外，在火星飛行途中對宇宙輻射的防護可採用被動屏蔽方式，其最大缺點是質量太大。還可採用主動屏蔽方式，其缺點技術複雜，極難實現。所以，對於防輻射屏蔽技術還需進一步攻關。

　　據龐之浩介紹，解決上述問題最有效的辦法是縮短載人火星飛船抵達火星的時間，這樣就不會有長期太空飛行帶來的生命保障、宇宙輻射、失重低重、心理生理、燃料備件等一系列問題。

　　美國曾計劃研製核動力載人火星飛船，它是目前載人飛船速度的3倍。但核動力載人火星存在巨大安全隱患，因為在核動力火星飛船內航天員所受的輻射量相當於每天做8次X光胸透，目前還不可行。

　　前美籍華裔航天員張福林正在研製全功率可變比衝磁等離子火箭，如果成功，用39天就能抵達火星。然而，該技術何時能問世現在還不得而知。

　　不過，從目前人類達到的科技水平來看，這些難題都可以逐步解決，關鍵是需要投入大量資金和眾多專家的集體智慧來攻關。“有鋻於此，30年後人類登上火星的計劃還是比較實際的。”龐之浩這樣説。