棘手的火箭

2015年6月28日，太空探索技术公司所研发的一枚火箭刚刚脱离发射平台就爆炸了，埃隆·马斯克苦笑道：“火箭真棘手。”他的感慨是对的，在所有向火星发射探测器的尝试中，近三分之二都以失败告终。

作为不以为意的旁观者，我们可能会疑惑，为什么我们在50年前就登上了月球，而且看起来并不怎么费力，如今要登陆火星却如此困难？最主要的原因是距离的差别。这两个登陆任务要跨越的距离的差异是惊人的。地球到月球的距离，随月球公转周期在36万千米至40万千米之间变化，地球到火星的距离却是这个数字的上千倍。在2003年，火星与地球在约6万年间距离最近的时候，两者依然相距大约5 500万千米。由于地球绕太阳运行一周需要365天，而火星绕太阳公转一周需要687个地球日，因此它们的运行轨迹并不同步。当两颗星球各自运行到太阳的两侧时，它们之间的距离会变得非常遥远——最远的时候，可以达到大约4亿千米。因此，地球到火星的距离，大约是地球到月球距离的140～1 000倍。

换一种方式来看，人类可以在6天之内往返月球。（尽管利用“土星5号”火箭的强劲动力，一天内我们就可以到达月球，但过快的速度会产生一个问题，宇宙飞船可能会像子弹一样射向月球，而月球稀薄的大气层根本不足以缓冲。）利用冯·布劳恩曾在《火星计划》一书中提到的霍曼转移轨道，就算是以比“阿波罗号”登陆月球时快得多的速度，要到达火星我们依然需要经历大约比地球到月球的距离遥远1 000倍以上的旅程。原因是我们无法搭载足够的燃料以保持直线前进的推进方式。由于缺乏无限量的便捷能源，我们始终需要借助太阳系中某个天体的轨道，因此，我们的飞行轨迹将会是曲线形。尽管太空探索技术公司正在设计更加强劲、有效的火箭引擎，有可能会逐渐缩短地球到火星的航行时间，但在可预见的未来20年间，我们可能还找不到什么有效方法能够将地球与火星之间的单程旅行时间缩短到250天以下。

早期一些相对简单、直接的火星探索任务——仅仅是尝试用探测器经过火星，大多数也以灾难收场。而比这困难、复杂得多的进入火星轨道的尝试，尤其是降落火星实验，则更是成为嘲笑人类在宇宙科学技术上徒劳无功的证据。

在早期的火星探索中，苏联应该尝到了最大的苦头。苏联发射的“火星2号”是人类历史上第一个尝试接近火星地表的人造天体，它于1971年11月到达火星地表附近，但在着陆的时候一头撞上了火星。而苏联随后发射的“火星2D号”（又称“宇宙419号”）探测器，连地球轨道都没能突破，更别提前往火星了。一个月后，“火星3号”探测器成功登陆了火星，但在短短20秒钟之后就停止了信号传回。“火星4号”探测器在航行过程中导航系统出了故障，致使该探测器完全错过了火星，飞向了茫茫宇宙。“火星5号”是苏联火星探测过程中最成功的一个探测器，它成功地进入了火星轨道，并在22次环绕飞行的过程中，传回了约60张火星的图像，然后出现故障停止工作。“火星6号”探测器在1974年3月到达火星附近，并成功发射了登陆舱，但登陆舱在接触火星地表的时候发生爆炸。尽管“火星6号”的登陆舱在着陆过程中依然传回了大约4分钟的火星大气数据，但由于电脑芯片受到损坏，这些数据几乎都不能被读取。“火星7号”同样于1974年3月进入火星轨道，但它发射登陆舱的时间早了4小时，因此也错过了火星。在苏联此前和之后的火星探测史上，还有几次火星探测实验，都以失败告终。1996年，俄罗斯宇航局又发射了“火星96号”登陆舱，但它未能成功逃脱地球重力，最终坠毁于太平洋上。从那之后，俄罗斯似乎不再那么急于挑战在火星探测上的厄运了。

阻止人造天体成功登陆火星的最大障碍是地球与火星之间的遥远距离，这使得信息来回传输时间太长。地球与火星距离最远的时候，从火星发出的无线电信号需要21分钟才能传到地球，反馈信号需要再花21分钟时间返回火星。在紧急情况下，无人宇宙飞船只能借助人工智能进行判断、做出反应，因为已经没有足够的时间向地球寻求帮助。

但火星登陆历史上的所有这些失败，随着美国宇航局“勇气号”和“机遇号”探测器在火星的成功登陆，隐没进了历史的阴影。“机遇号”已经工作了10年，至今还在活跃地进行着火星探索。最近，“好奇号”火星探测车的成功吸引了人们的注意力。“好奇号”于2014年完成了一个火星年（相当于地球上两年）的探测工作，正在准备开展一项更为长期的探测任务。然而，这些探测器至今所到过的范围还比较有限，“机遇号”在从2004年至今的10余年间，只走过了大约42千米的距离；“好奇号”在近3年的探索中只走过了大约十几千米的路程。

暂且放下人类在火星登陆史上的诸多失败，美国宇航局“好奇号”火星探测任务的成功，证明了向火星运载和投放大载荷的设备和物品是可以实现的，这不仅使我们向火星发射载人飞船的计划迈进了一步，也使得货物和补给宇宙飞船的构想更加现实。从运送“好奇号”这样大载荷的探测器到运送载人或载货飞船，只需要在规模、货物投射频率或氧气量方面做一些小的变化。尽管马斯克近期对外宣称，“比较现实的期待是，在2017年进行首次运送一名宇航员进入太空的尝试”，但太空探索技术公司正在完善一架“天龙号”航天器，有望在2016年就完成向国际空间站运送7名宇航员的任务。马斯克曾经开玩笑说，航空偷渡者在日前完成对国际空间站补给任务的“天龙号”飞船上是可以存活的，因为飞船的一部分增压了——它一开始就是作为运送宇航员而非货运的目的所设计的。

目前，俄罗斯的“联盟号”飞船是除了航天飞机之外，唯一一个实现将宇航员运送到空间站并返航的宇宙飞船。它自1966年出现以来，和搭载其进入太空的“联盟号”火箭一起，被认为是历史上最可靠的航天运输工具。它因电影《地心引力》而家喻户晓，国际空间站随时都会保持一艘以上“联盟号”宇宙飞船停靠待命，以作为在紧急情况下的逃生工具。俄罗斯政府在每一位进入太空的宇航员身上的投入超过5 000万美元。太空探索技术公司想拿下这单生意。

2014年年末，美国宇航局发布和试飞了其最新设计的“猎户座”宇宙飞船，原计划搭乘6名宇航员前往国际空间站完成科研任务，但在试飞中没有安排宇航员乘坐。该次试飞由“德尔塔4号”火箭承担运载任务，另一款专门为“猎户座”飞船所研发、具有更加强劲动力的运载火箭预计将于2018年上线。“猎户座”飞船外形很像是“阿波罗号”飞船的一个航天舱，而性能似乎也更像是一个升级版的登月工具。埃隆·马斯克评论道：“除了看起来就像一个放大版的‘阿波罗号’宇宙飞船以外，我在‘猎户座’身上并没有看到其他什么闪光点和突破。”“猎户座”的专家团队则辩护称，延续已经成功过的设计可以有效地降低风险。

“猎户座”的设计初衷主要是用于月球开发以及可能会在21世纪20年代实现的小行星登陆任务。美国宇航局直到最近都还对载人登陆火星的计划保持着十分谨慎保守的态度。虽然美国宇航局现在已经含糊地表达了“猎户座”的终极使命可能是火星登陆，但依然未对计划实现的时间表做出承诺，只是谨慎地表示登陆计划可能会在21世纪30年代进行。令美国宇航局踌躇不前的原因在于，他们始终认为在真正进行火星探索之前，需要先在月球上建立基地，积累经验。按照“猎户座”的发展速度，马斯克或者别的私营火箭开发商可能会远远早于美国宇航局完成火星登陆。

不管怎么样，目前我们已经有两种可以将人类送上火星的宇宙飞船——太空技术探索技术公司的“天龙号”和美国宇航局的“猎户座”。这两种宇宙飞船的成功回答了从《火星计划》被写就的时代以来一直困扰着我们的问题：人类能够登上火星吗？现在看来，答案是：能！那么一个新的问题来了：人类能够在火星上生存吗？答案依然是：能！但用埃隆·马斯克的话来说，这同样是一个棘手的问题。