載人登火有哪些難關？

火星是地球的“近鄰”，處于太陽系內的宜居帶中，其地質構成和演化過程均與地球有諸多相似之處。正因如此，自航天事業(yè)誕生至今，火星始終是航天科研和人類寄托探索夢想的焦點之一。

目前，多個國家和國際組織的官方航天力量已將實現人類首次火星采樣返回作為近期深空探測重要目標，并積極論證載人登陸火星的長遠計劃。而以SpaceX公司為代表的商業(yè)航天新勢力更是將“載人登火，移民火星”作為遠期愿景和重大宣傳目標。

然而，外界分析認為，無人探測火星的成功率并不算很高，載人探測火星的綜合難度與前者更是不可同日而語，憑借當前國際航天的技術基礎，至少還需要在以下5個方面攻克諸多技術難關。

第一，超重型運載火箭。相比無人火星探測器，為了長期維持航天員往返地球與火星之間的身心健康，載人火星探測器必須配備生命保障系統(tǒng)，并在現役同類系統(tǒng)的基礎上大幅升級，增重也難以避免。換句話說，航天員需要生活在更大更重的飛船甚至大型空間站內，才能完成復雜的火星登陸任務，那么更強大的航天運輸工具就是必不可少的。

如果仍采用傳統(tǒng)的化學能火箭，僅運力一項指標要求就會遠遠超過現役型號，近地軌道運力至少不低于100噸級。如果想盡量縮短地火航行時間，一度被塵封的核動力超重型火箭研究計劃很可能會重啟。這種超重型火箭注定是昂貴的，必須盡可能追求重復使用性能，才有望支持可持續(xù)的載人火星探測與開發(fā)計劃。

第二，遠軌太空港，也就是遠離地球軌道的大型、超大型空間站。

由于地球和火星均有強大的引力影響范圍和一定的大氣層，航天器發(fā)射和再入的成本、風險不容忽視。地火軌道會合周期長達780天，載人火星探測任務需盡量遵循該周期，采用霍曼轉移方式規(guī)劃發(fā)射窗口，這就限制了從地球向火星運送補給的能力。與此同時，人類對火星的開發(fā)、改造能力仍比較有限，在可預期的未來，火星表面條件無法支持人類長期生存。綜合兩方面條件來看，未來必須選擇“地球軌道集合”和“火星軌道集合”的方式，建設遠軌太空港，布置支持設備，儲備物資，供航天員在地火航線兩端駐留，擇機實施短期登陸火星任務。

為此，航天科研人員有必要先攻克在地月空間特殊軌道上建設空間站乃至太空港的技術難關，積累工程經驗，隨后在火星軌道上開展類似施工項目。這就需要逐步掌握太空運輸系統(tǒng)和遠軌太空港總體設計、三體混沌軌道研究、太空制造等一系列關鍵技術。

第三，載人要求使火星著陸和返回的困難成指數級增加，必須針對性研發(fā)全套系統(tǒng)方案。

火星存在稀薄大氣和氣動加熱現象，航天員和航天器著陸火星無法像著陸月球那樣“忽視”隔熱防護系統(tǒng)，這提升了航天器的研制難度。再考慮到地火距離最近時也超過5000萬千米，通信延遲比較嚴重，因此載人登火必須不依賴地球控制，自主實現驚險著陸。

航天員想從火星返回，在當前技術基礎上，必須提前在火星表面布置發(fā)射系統(tǒng)，并在火星軌道上布置對接艙段，難度和風險是不言而喻的。

第四，火星本土資源如何利用。火星表面空氣稀薄，輻射強烈，極端溫度交替，航天員不宜長期離開密封航天器或基地。由于從地球向火星補給物資的成本極高且不可持續(xù)，即使建成了火星軌道太空港，深入研究火星本土資源利用，就地解決建材、空氣、食物、能源等供應難題，仍是必然要求。目前，火星表面制氧實驗、模擬火星土壤增材制造研究初見成效，但距離滿足載人登火所需仍相當遙遠。

第五，航天醫(yī)學方面道阻且長。載人航天事業(yè)顯著促進了航天醫(yī)學發(fā)展，但航天員單次駐留太空時間仍無法與動輒數年的載人火星探測任務相比，航天醫(yī)學研究仍存在空白。

在當前的技術條件下，載人登火之旅單程至少持續(xù)數月，相比近地軌道任務，人均生存空間更狹小，乘組成員更少，任務周期更長，太空失重和輻射環(huán)境更惡劣，身心健康挑戰(zhàn)值得警惕，航天員在軌自行治療和地球遠程診療也面臨考驗。所以，有觀點認為，航天員想要登陸火星乃至探索更遙遠深空，最大的限制因素或許恰恰是脆弱的人體本身。為了確保載人登火任務成功，航天醫(yī)學必須實現突破性進展。

既然面臨如此多的困難，人類還有必要嘗試登上火星嗎？

事實上，人類絕不可能滿足于永遠生活在渺小的地球上，無窮的地外世界等待著勇敢探索者的腳步。各國新一輪探月大潮將月球資源勘探、開發(fā)作為重要目標，而金星的開發(fā)價值相對有限，火星就成為人類下一步飛出地月空間、開發(fā)廣闊太陽系資源的“試金石”。或許，未來人類有望逐步建成位于月球、近地小行星、火星、主帶小行星、木星衛(wèi)星、土星衛(wèi)星等地的資源開發(fā)設施和補給站，真正成為跨行星生存物種。