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《赶往火星》承载人类深空开拓重任，迈向未知宇宙伟大征程
铛铛铃2025-09-14【科普】520人已围观
简介
今天为您解读的书是《赶往火星：红色星球定居计划》。
2017年的12月11日，美国总统特朗普在白宫签署了一项政策指令，宣布新的太空计划。这项计划的目标是让宇航员重返月球，并最终前往火星。这一政令确立了NASA未来数年的方向，并再次明确了征服火星这一目标，让航天业和许多憧憬宇宙的人们为之兴奋。
今天为你介绍的这本《赶往火星》，就跟这则新闻息息相关。这本书给出了人类定居火星的技术指南。这本书的作者罗伯特·祖布林，是著名航空航天工程师，也是美国火星学会的创始人兼主席。他在1990年提出了名为“火星直击”的火星登陆方案，整个计划预计耗资400至500亿美金，不但远低于NASA耗资4500亿美金的方案，其安全性、可靠性、可实现性更远超NASA。正如著名的科学家、科普作家卡尔·萨根所说：“祖布林几乎是单枪匹马地改变了我们在这个问题上的想法。”
《赶往火星》这本书就是祖布林的“火星直击”方案的全面介绍，更进一步构想并论证了人类前往火星，建立半永久基地，进而殖民火星的整个进程。
下面，我们将分四个部分来为你介绍这本书的内容：
第一，人类为什么要前往火星；
第二，前往火星需要解决哪些问题；
第三，“火星直击”方案将如何带领我们抵达火星；
第四，如何实现火星定居。
下面，就让我们一起打开这本书，踏上前往火星的伟大航路吧。
首先，人类为什么要前往火星？
第一个原因，地球不够住了。现代宇宙航行学的奠基人齐奥尔科夫斯基曾说过这样一句话：“地球是人类的摇篮，但人类不可能永远生活在摇篮当中。”这句话非常巧妙地解释了人类与地球的关系，以及人类必须走向宇宙的宿命。正如儿童必然长大成人，踏上社会，人类也终有一天要告别摇篮，走向宇宙。随着人口爆炸、全球变暖、资源枯竭等问题逐步显现，走向宇宙这一使命也逐步变得迫在眉睫。人类进入工业革命至今不过短短两个世纪，就已经开始面对资源枯竭、全球变暖等问题。根据科学家估计，目前人类工业所需的各种矿物有16种，会在未来的50年内耗尽，200年内，石油和铁、铝、铜、锡等等诸多矿物都将耗尽。就像一只船只如果无法靠港，就会耗尽补给而沉没，人类如果不在未来的两个世纪内，找到前往地外行星并生存下去的方法，很可能就会被困死在地球上。
第二个原因，火星是人类向宇宙进发的阶梯。火星上已经探明的矿物、深埋在地表中的水，甚至火星大气中富含的二氧化碳，都将成为未来航天事业重要的资源补给。更重要的是，以火星为跳板，就可以开发小行星带的大量资源。小行星带位于火星和木星之间，由超过50万颗小行星组成，它们是在遥远的太阳系形成时代留下的残余，蕴含着大量的矿产和元素储备。在地球上的同类资源过于稀缺或被过度开发的同时，这些漂浮在宇宙中的冰冷石块，就成为了巨大的宝藏。如果未来人类要前往小行星带获取矿物，从火星出发就是必然的选择。如果从地球出发，旅程非常漫长，需要消耗大量的燃料，而从火星出发时，消耗燃料可以降低到1/50。以火星为跳板，人类就能将小行星带开采到的珍稀矿物送回地球，以缓解资源枯竭的危机。
第三个原因，火星是太阳系内与地球环境最相似的行星，是短期内最有可能成为人类第二家园的行星。火星的环境好不好，得先看看其他星球。金星地表480度高温，这是个大烤箱；土星：零下130度的低温，这是个大冰箱；木星上的一天只有九个多小时，一天工作八个小时以后，我们还来得及回家吗？而火星可以说是相当宜居了。火星地表是大量的岩石和沙粒，温度在17～零下90度之间，一天为24小时39分钟。火星跟地球一样，有着足以屏蔽太阳耀斑的大气层，有层次分明的四季，这让它成为太阳系内除地球之外唯一能利用日光种植植物的行星。在火星南北极，以冰冻方式保存着大量的二氧化碳，通过对机关进行加热，将这些二氧化碳熔化并放进大气层之后，将会提升大气温度和压强，从而促使地表风化层里的二氧化碳释放，通过将火星温室化，以保证水分不会冷凝成冰。此时再通过轨道反射镜聚集太阳光，融化地表的永冻层，释放更多的水分进入大气循环，种植蓝藻或其他原始植物，来产生足够高等植物在火星繁育的氧气。经过数个世纪的开发后，火星将像地球一样适宜居住。
你可能要说，好吧，听起来火星就是我们最好的选择了，可为什么我们还没有出发呢？这是因为要前往火星，还有许多重要的问题等待解决，这也是我们在第二部分要回答的问题。
第一个难题，去往火星的征途长路漫漫。地球和火星都绕太阳旋转，当两颗行星位于太阳同一侧时，距离最近约为5600万公里，但人类现有的宇航技术，没法让飞船经由这条最短路径飞往火星，必须借助行星的行进和引力的作用，经过一条弧线路径飞往火星，这条路线大约长4亿公里，而且并不是随时可以用。因为火星和地球公转的周期不一致，所以每隔两年一个月才有一次为期三个月左右的发射窗口，错过这个时间，不好意思，请再等两年。4亿公里大概是个什么概念呢？地球和月球之间的距离约为40万公里，当初阿波罗号飞船去月球飞了三天的时间，也就是说，同样一艘飞船去火星需要飞3000天，单程花8年的时间，那来回不得16年。幸好实际情况并非如此。一方面，阿波罗号并不是不能飞快一点，因为月球引力很小，阿波罗号不得不削足适履，否则飞行速度太快，刹不住车就没法进入月球轨道，而火星引力大，又有大气层可以拿来减速，所以飞船的飞行速度可以快很多。另一方面，前往火星的航线与地球公转方向一致，飞船相当于从一个高速运动的平台飞出，它可以从地球获得一个额外的速度。如果用节省燃料的路线，飞船需要飞行258天，不计较燃料消耗的话，就只需要150天。
第二个难题，开往火星的飞船将是庞然大物。飞船抵达火星之后，会张开一个类似鸡蛋壳一样的盾牌，摩擦火星的大气层进行减速，减速完成并进入火星同步轨道后，宇航员们通过一艘配备有反冲火箭的飞船下降到火星地表。这是因为火星的大气层非常稀薄，光靠传统的降落伞控制不住下降的速度。降落到地表之后，宇航员们使用携带的材料搭建基地，作为在地表行动时的住所。结束探索后，再搭乘大推力火箭摆脱火星重力，进入同步轨道，最后返回地球。回过头一看，要前往火星，我们的飞船需要携带飞行途中的居住舱，在火星地表探索时的居住舱，从火星轨道降落至地表的下降舱，从地表重返宇宙的上升舱，再加上飞船自身的指令、引擎、燃料、太阳能电池板，这艘飞船可能会比现在的国际空间站还要庞大而复杂。其实早在1989年，NASA就针对载人火星飞行提交过一份名为“90天研究”的报告，在计划当中需要建造一艘700吨重的大飞船，把宇航员送往火星。因为现有的火箭没法一次性将700吨的载荷送上近地轨道，所以只能将飞船部件分别送上太空，再在太空当中进行组装，为此还需要专门建造一个用于组装飞船的大型空间站。
第三个难题，想要登陆火星，这笔花销可不小。NASA的这个计划总共要花多少钱呢？不多，也就4500亿美金。这大概是个什么概念呢？差不多是2017年美国财政预算总额的1/10。但实际上到了2017年，NASA的全部预算不过195亿美金，所以这个“90天报告”不但被国会否定，NASA的目标也逐渐转向空间观测和实验，而非前往地外行星。其实真不能怪科学家们狮子大开口，因为这艘飞船承载了往返火星需要的所有系统，任何系统出问题，都可能影响整个计划的成败。为了提高可靠性，就必须为每个系统准备冗余的备份，这就导致成本飙升。抛开这些安全性、技术性问题不说，既然要在太空当中组装飞船，组装车间得先建好吧，组装飞船需要工程师，工程师们不得有个住处吗？飞船组装好了，要灌装燃料和推进剂，还得有个低温储藏库吧，这等于是新建一个大型的空间站，这么一来费用可不就上去了。所以NASA后来多次修改方案，但总预算仍卡在1200亿美金这个死线上根本降不下来。祖布林提出的“火星直击”方案改变了这一切。
第三部分，我们一起来说一说“火星直击”计划将如何带领我们抵达火星。
和NASA的方案相比，“火星直击”方案有这么几点不同：
第一，不是从地球运燃料过去，而是在火星上制造燃料；
第二，使用几艘小飞船完成整个任务，而不是使用一艘大飞船；
第三，这不是一个在火星地表停留30天的短期计划，而是为火星殖民铺路的长期规划。
首先是燃料问题。“火星直击”计划提出在火星上就地取材。宇航员往返火星需要推进剂加速下降到火星地表，需要燃料推动反冲引擎减速，从火星地表返回轨道，需要燃料推动火箭升空。按照原先的方案，这么多的燃料，都需要从地球万里迢迢地运过去。根据计算，光是返程所需的燃料和推进剂就重达96吨，为了把这96吨送上太空，就需要进行一次耗资几十亿美金的火箭发射，更别提储存燃料需要占用的空间和因此导致的额外消耗了。“火星直击”方案创造性地提出了在火星上就地取材制造燃料的解决方案。火星大气的95%是二氧化碳，那么只要把液态氢运过去，利用氢气和二氧化碳反应，就能生成作为燃料和推进剂的甲烷和氧气。6吨的氢气可以制造总重108吨的甲烷和氧气，足够把宇航员送回地球，还够宇航员们在火星地表上执行任务时所用。但这就出现了两个问题：第一，这个用二氧化碳和氢气生成甲烷和水的化学反应，需要消耗漫长的时间，宇航员们显然不能够在火星上等着化学反应完成；第二，燃料关系到宇航员是否能够顺利地从火星返回，万里迢迢运燃料过去还好说，如果在火星地表制造燃料的过程当中发生什么意外，难道让宇航员们在火星地表等死吗？“火星直击”方案当中提出使用两艘小飞船，而非一艘大飞船来解决这两个问题。先把一艘无人飞船送去火星，让它提前开始准备燃料，燃料准备好了，再让宇航员们搭乘另一艘飞船飞往火星。结束了在火星地表的探索之后，宇航员们搭乘的飞船将停留在地表，成为火星基地的一部分，而装满燃料的无人飞船负责把宇航员们送回地球。这有什么好处呢？首先，这个方案意味着不用拖96吨的燃料万里迢迢地飞往火星；其次，能够在出发之前确认返程的飞船已经就绪，而非在路上发现问题、解决问题，这是直接把整个方案的可靠性提高了不少；然后，无人飞船因为没有搭载宇航员，不用额外消耗燃料加速，可以用慢速轨道飞往火星，因此节省了大量的燃料；最后，分成两艘飞船之后，每一艘飞船的总重都可以控制在100吨以内，而50年前登月的火箭都能一次把100吨的载荷送上近地轨道，让它飞往火星，这就意味着不需要重新建造太空船坞来组装大型飞船。这一创造性的思路大幅降低了资金消耗，“火星直击”方案将预算控制在了500亿美金以内，不但远低于NASA方案的4500亿美金的花费，其可行性和可靠性更是得到了充分的保障。
好，技术方案讲完了，我们再来说一说“火星直击”方案的整体规划。在祖布林的构想当中，“火星直击”绝不只是一次政治展示，宇航员们并不是在火星地面留下脚印，插下旗子就好。整个“火星直击”方案当中，一共规划了两次载人火星航行，每一次宇航员们都将在火星地表进行超过500天的探索，直至下一次转移窗口打开再返回地球。此时他们已经在火星上留下了建设好的基地，他们前往火星乘坐的飞船也可以在紧急情况下临时居住。宇航员们在地表探索的时候，为下一批宇航员准备的返回飞船已经在飞来的路上，宇航员们探索结束之后，如果预定乘坐的飞船出现了问题，还可以使用为第二批宇航员们准备的返回飞船。如果说一切顺利，第一批宇航员们踏上归乡之旅时，第二批宇航员们和第三艘返回飞船就可以出发前往火星了。于是在5年内，我们利用两次发射窗口，可以将两组宇航员、三艘返回飞船和各种资源送往火星。此后可以每两年向火星发射两艘飞船，持续不断地扩建火星基地，进行科学实验，探寻火星的秘密，开发当地资源，直至建设起半永久的可居住环境，让宇航员们能在火星上生存。
在祖布林的计划当中，前往火星只是第一步，殖民火星才是最终的目标。在第四部分，祖布林为我们描绘出了清晰的红色星球定居计划。
第一个阶段是开拓火星。首先，人类将通过多次类似“火星之机”的载人航行，对火星地表进行勘探，除了科学研究，更可以在这个过程当中寻找合适的定居点。找到定居点之后，开拓者们可以用火星地表富含铁质的灰尘烧砖，制造圆顶住所，再覆盖上火星砂石之后，就形成了窑洞一样的住所，不但能够避免空气泄漏，还能够屏蔽宇宙辐射。或者是找一个环形山，支撑起塑料制的半球形帐篷，一个直径50米的球体，就能够提供超过2万平米的居住空间，容纳大量的宇航员、科研人员和工程人员。解决居住的问题之后，开拓者们可以着手从火星的大地当中开采水、铁和各种矿物质，利用火星大气中的二氧化碳制造塑料，利用地表大量的二氧化硅制造陶瓷和玻璃，搭建玻璃温室种植植物，利用太阳能、地热或者是直接使用核能发电。当开拓者们能够依靠火星的资源基本实现自给自足之后，就可以进入下一阶段。
第二个阶段是移民到火星。把一名殖民者送到火星需要多少钱呢？当我们准备开展大规模移民时，将一公斤的物质送上太空的花销约为100美金，将一名乘客送往火星，需要消耗总重3.2吨的燃料、食物、补给、空地转移舱等。如果说我们已经造出了能在地球与火星间往返的大型飞船，那么将一名乘客送往火星的开销大约是32万美金。随着科技的发展，如果用上太阳帆、磁力帆等技术，这个费用能够降低一个数量级，也就是3万美金左右。会有人掏这么多钱只为了前往火星吗？会的，火星能够带来巨大的利益，将吸引殖民者前往这颗红色星球。因为火星上劳动力稀缺，那里的工资自然会比地球上高很多，虽然交通费很贵，但两三年之内你就能赚回来。正如17世纪许多欧洲人倾家荡产买船票前往美洲一样。到了第三个阶段是发展商业贸易。移民到火星之后要靠什么赚钱呢？火星的价值在于小行星带的矿物开采。一颗直径约一公里的小行星，将包含超过2亿吨的铁，另外还有其他稀有金属和贵重金属，光是其中蕴含的白金就价值1500亿美金。所以火星殖民地建立之后，将会向地球输送大量从小行星带开采出来的矿物，地球则向火星输送人员、技术、文化，正如殖民时期美洲向欧洲输送原材料，欧洲向美洲输送时装和茶叶一样。除了小行星带的矿藏，火星上的不动产也会给投资者带来巨大的收益。现在看来，火星上的土地一文不值，只要火星发展成为人类的第二家园，火星上的土地就有巨大的升值空间，比露天土地更值钱的是那些圆顶住所。作者估计，每个家庭付5万美金，就能够分到大约400平米的一块住所。这样看来，修建大量圆顶住所供移民潮居住，势必将成为火星上最大的生意之一。在地球上不动产价格越来越高的今天，你是不是有一点心动呢？开发火星的巨大利益前景，正刺激着商业公司参与到这一竞争当中，例如埃隆·马斯克带领的SpaceX，就一直以此为目标而努力着。前往火星已不再是单纯的科学考察，也不只是由国家利益驱动的政治行为，而是由商业价值驱动的利益行为。它对人类的意义不只是探寻生存空间，更是类似于地理大发现那样的全球性变革。国家、企业和冒险家们都在投身其中，这将改变未来50年的政治和经济格局，我们将有可能目睹这一改变发生，甚至许多人会投身其中，成为这改变的一部分。
好，讲述完了“火星直击”计划，我们来回顾一下《赶往火星》这本书的主要内容。这本书由火星协会的主席、著名的航天科学家罗伯特·祖布林所著，主要阐述了有关载人火星探险的目标、困难及其解决方案。这本书回答了四个问题：
第一，我们为什么要赶往火星？因为火星非常接近地球的环境，具有成为人类第二家园的可能，更是人类向宇宙进发的阶梯。
第二，前往火星我们面临哪些问题？火星与地球距离遥远，并且持续做相对运动，因此，要想用最合适的路径前往火星，每隔25个月才有一次为期三个月的机会。载人往返火星需要大量的设备，火星飞船非常庞大，并需要在太空当中完成组装，费用也非常高昂。
第三，“火星直击”方案将如何带领我们抵达火星？在技术上，火星飞船将分解为前往火星和从火星返回的两艘飞船，并且创造性地提出了燃料解决方案，那就是用火星本地的二氧化碳制备燃料，把单艘飞船的总重量控制在100吨以内。在整体规划上，先发射返回飞船，再发射载人飞船，每两年向火星发射两艘飞船，持续不断地扩建火星基地，既节省资金，又能保证可行性和可靠性。
第四，如何实现火星定居？前往火星只是第一步，接下来，人类将在火星上建立可以自给自足的生产体系，在火星上繁衍生息，对火星的开发将带来巨大的经济收益，给人类社会带来巨大的变革。
好，最后，借用著名的科幻小说家威尔斯的一段话：“我们要么选择整个宇宙，直面遥远距离带来的巨大挑战，要么固守在地球，直至一无所有，不得不跌回10亿年前人类生命诞生的太初之海。”我想，这正是载人火星飞行的意义所在。
好，《赶往火星》这本书就为你解读到这儿，精华笔记在音频下方，我们明天见。
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