载人登陆火星意味着什么（载人登陆火星并不遥远）

梦中的星辰大海和真实的星际旅行无疑区别巨大。人们能够在各种以航天为主题的虚构作品中得到满足，如果有机会去太空亲身体验，相信没有人会拒绝。但是，梦幻和现实的差距非常大。

火星探测假想图

过去的月球探测中，只有到了载人登陆阶段，才是万人空巷的高潮，对于火星探测而言，同样如此。载人航天很难，载人前往火星更是难上加难。

人类对于火星的探测，已经到了发射火星车在火星表面，进行巡视探测并传回照片的阶段，下一个任务就是带回土壤样品。

但与此同时，载人登陆火星的计划也在进行，那么以人类现在的技术，或者短期内可能有突破的技术，究竟有没有可能克服各种困难，登上火星？

下文将从重型火箭、载人系统、前往火星的过程以及返回地球四个大的方面，来叙述人类登陆火星必不可少的几个环节，以此来推断载人登陆火星还有多远！

火星与地球的位置

1、重型火箭是载人飞船离开地球必不可少的推动力

将探测器发射到火星上，已经不是什么难事，美国的“好奇号”，中国的“祝融号”都是很好的例子。但是载人登陆火星则完全不同，宇航员的存在使得飞船的重量大幅增加，因为生命保证系统占据了大部分比重。

探测器几吨的重量级别已经远远不够，载人去火星需要更大的飞船甚至大型空间站才能实现。

当年阿波罗登月计划，使用的是传奇重型火箭土星五号，其总重3000吨，能够运送超过140吨的航天器进入绕地轨道，但仅能运载45～48吨的飞船到地月转移轨道。

土星五号火箭

但是化学燃料火箭有自己的上限，不可能一直往大了做。火箭越大，质量越大，所需的燃料就越多，这又加重了火箭的质量，这样的话火箭的运载效率会非常低。

所以以人类目前的航天技术，大型载人登陆火星计划，不可能依靠单次火箭发射来完成，需要多次发射火箭。而且对火箭运力的要求，起码要达到土星五号的运力价级别。

事实上，目前世界上已经有三个国家拥有或者即将拥有这样的重型火箭，这三个国家分别是中国、美国和俄罗斯。

中国航天

2018年，中国在国际航空航天博览会上，展示了长征9号的初步模型，根据数据显示，长征9号总长度为100米，总重达4000吨，近地轨道运载能力在140～150吨之间，能将50吨的飞船推送到地月转移轨道，可以将40吨的飞船发射到火星上！

而且长征9号不会止步于模型，根据2017年中国公布的航天规划中，中国计划在2040年前后多次完成星际往返任务，并探索人机协同深空探测技术。这意味着中国到那个时候，将实现地球与火星之间载人往返任务。而载人登陆火星，就必须使用长征9号这样的重型火箭！

美国猎户座飞船

美国的猎户座飞船以及与之搭配的重型火箭，是美国载人登陆计划的首选，猎户座宇宙飞船是目前最先进的太空飞船，返回舱和推进舱总重26吨。而美国的重型火箭，也基本达到了土星5号的运力级别。美国计划在2030年前后，冲击载人火星探测计划，但载人登陆火星的具体时间还未公布。

俄罗斯正在研发的下一代联盟5型超重型火箭，可以将100吨重的航天器送到近地轨道，预计2025年制造成型。俄罗斯为宣称会继续研究深空载人探测技术，载人探测小行星和火星也在规划之中。

总之，载人登陆火星需要重型火箭，而目前已经有三个国家拥有或者即将拥有此类火箭，载人探测火星也在航空规划当中，相信过不了几年，就会有类似的新闻报道。

想象中的宇宙飞船

2、生命保障系统是载人飞船最核心的部分，也是最复杂和最昂贵的部分

在探测地外星球领域，人类本身就是最薄弱的部分，人的出现让飞船的设计需要考虑空气、水源、食物、能源等，还要保证飞船有合适的温度、湿度、气压、辐射等因素，这其中的任何一项都是对航天技术的挑极大战。

相比无人探测器，载人飞船需要额外的生命保障系统、重返地球的保障系统和超高安全系数。载人飞船的设计要比无人探测器复杂的多，我们从以下几个影响因素进行简单介绍：

国际空间站中的失重环境

1、星际旅行要对抗失重的影响

太空是失重的环境，人在失重环境下，身体会发生很多变化，比如肌肉萎缩、骨骼流失、体液重新分配调整等。如果只是登上月球，一个礼拜可以来回，不用考虑失重带来的影响。

但去一趟火星，需要6～11个月才能走完霍曼转移轨道（前往火星的必经之路），进入环绕火星轨道。当人类在火星上完成了探测任务，并不能马上返回地球，因为火星与地球距离最近时的时间窗口期，两年才会出现一次！

也就是说载人登陆火星，至少三年才能完成一次往返。这三年时间里，宇航员会一直处于失重或者火星重力环境下。截止目前，人类在太空工作时间最长是438天，还不到一年半。

中国空间站的三位航天员

有人说可以在飞船上建造一个重力系统，像科幻片中的宇宙飞船那样，但是很不幸，任何产生人造重力的方式都必须依靠超大尺寸的机械结构，能量消耗很大，而且对航天器姿态控制要求极高。在现有技术条件下，这是极难实现的。

目前最好的方式就是锻炼，这也是长期在太空执行任务的宇航员必须要做的工作，比如国际空间站和中国空间站的宇航员，每天都要进行身体锻炼。

事实上，通过锻炼确实解决了很多宇航员因为失重引起的身体变化，他们的肌肉萎缩和骨骼流失没有那么严重。锻炼是人类目前登陆火星，对抗失重唯一可行的办法。

宇航员在空间站锻炼身体

2、空气是飞船中最宝贵的资源。

人离开空气，也许只能生存2～3分钟，地面上的空气好像无处不在，但到了太空之中，空气就是最宝贵的资源了。

飞船中的空气不仅仅要考虑宇航员的呼吸问题，还跟气压和空气成分有关。水在绝对真空的环境下，沸点是0℃，如果人在真空环境下，体液会瞬间沸腾。所以飞船空间内的空气，要为宇航员提供足够的气压。

中国空间站“天和”核心舱内部

另外空气的成分要跟地球上一致，只能采用21%氧气和78%氮气的比例，如果采用纯氧会很容易引起火灾或者爆炸。

不过人类目前的技术，已经可以做到循环利用空气了，空间站上的空气，就是靠着电解水获取，然后将二氧化碳再还原成水。

但考虑到载人登陆火星，飞船飞行途中没办法进行补给，这要求空气循环利用的效率，几乎要达到100%，这一点可以做到！

宇航员在国际空间站舱内

3、食物和水源是宇航员生存必不可少的

人类每天平均消耗能量在2000千卡左右，这相当于重一千克的各种食物。在目前看来，解决食物的问题并不难，中国空间站的航天员，食物品种多大120种，还可以吃到水果，能够保证航天员的饮食均衡。

除了食物，宇航员生存必不可少的还有水源，每位宇航员每天需要消耗2升左右的水。水的问题也可以解决，空间站上已经有了成熟的水循环系统，宇航员方便排泄物中的水，都能够净化处理之后直接饮用。

如果载人登陆火星，按照三名宇航员的配置，按照1000天的任务时间来计算，飞船上需要准备1～2吨的食物和水源。为了保险起见，飞船上还要准备一些备用食物和水源，但这些都是可以做到的。

汤洪波在中国空间站吃苹果

4、能源以及其他需要考虑的问题

现在飞船上已经有了空气、水源和食物，失重的问题也有了解决方案，那么还有一个问题需要解决，就是飞船上的能源问题。

太阳能是飞船能源的最佳选择，就像国际空间站那样，在飞船上安装几个大大的太阳能帆板，能够源源不断的为飞船提供生活能源。但这些能源只够宇航员的基本生活以及飞船的基本运行使用，还不能够作为动力系统使用。

国际空间站上有16块太阳能发电板

另外，飞往火星的飞船还要考虑太阳风和宇宙辐射的袭击。空间站在距离地面400公里的太空中，宇宙辐射已经很强了，而飞往火星的飞船，需要经过范艾伦辐射带，那里的辐射完毕地球附近强烈的多。

在防辐射方面，无论是美国的猎户座，还是中国未来的宇宙飞船，都会充分考虑并且设法防护，在防辐射材料这一项，已经不是问题了。

总而言之，人类必须依靠复杂的载人飞船才能抵达火星，为了对飞船提供支持，我们需要建造一个小型的空间站。以目前的技术，建造这样一座空间站完全没问题。

美国已经立项的“月球门户”计划，正是为载人登陆火星做准备，“月球门户”空间站预计2024年建成，长期环绕月球飞行，为将来登陆火星进行技术积累。

“月球门户”空间站想象图

3、真正的长途跋涉，载人飞船如何才能抵达火星

前面我们已经提到，飞往火星的飞船必须要建造成一个小型空间站的大小，这样才能够容纳宇航员的生命保障系统。而这个空间站，要先在地球近地轨道组装完成，再选择合适的时机出发前往火星。

这个空间站至少要有主生活舱和能源动力模块，还要有一些实验舱和气闸舱，各个舱段由节点舱连接。需要注意的是，这个小型空间站并不是载人登陆火星的宇宙飞船，飞船只是连接在空间站上的一个舱段。

当空间站在距离地面400公里的地方组装完成后，再使用重型火箭将一个重达150吨的纯动力系统运载到空中，并且与空间站对接在一起。

中国空间站

此时，一个重大将近300吨的庞然大物组装完成，接下来就是摆脱地球引力，进入霍曼转移轨道。经过长达6个月的无动力飞行之后，再次点燃燃料，把空间站推送至火星卫星轨道。

整个过程只需要启动两次动力系统，一次是摆脱地球引力，一次是并入火星轨道，这也是霍曼转移轨道的巨大优势，可以最大限度的节约燃料。

最终，一个复杂的空间站系统在火星轨道建设完毕，它可以长期围绕火星飞行，并为至少三名宇航员提供生命保障系统，空间站上的载人飞船，随时准备着陆火星表面。

国际空间站舱内

火星登陆飞船具备登陆火星和返回火星轨道的能力，飞船登陆火星时，采用的是空气摩擦和反推系统，跟火星探测器着陆火星或者返回舱返回地球的过程差不多。

当宇航员完成火星探测任务之后，就要返回火星轨道的空间站上，而从火星发射的返回舱，设计方案跟阿波罗登月飞船差不多，将返回舱送回空间站的问题不是很大。

阿波罗登月宇航员进入返回舱

最后我们梳理一下这个过程：先在近地轨道建造一个小型空间站，将动力系统对接到空间站上。启动动力系统出发，经过霍曼转移轨道，最后进入火星卫星轨道，相当于建造了一个空间站围绕火星飞行。

空间站上有载人飞船，需要登陆火星时就载人登陆，完成任务后又可以返回空间站。这些技术都不是凭空想象的，而是人类已经拥有或者短时间就可以掌握的技术。登陆火星已经近在咫尺！

火星基地假想图

4、返回地球是登陆火星必不可少的环节

现在我们已经完成了火星探测任务，接下来就是如何返回地球的问题了，这个环节不能少，没人愿意有去无回。

返回地球的最佳路线还是要走霍曼转移轨道，空间站上提前对接好了返回飞船，从火星轨道脱离比摆脱地球引力要容易的多，因为火星引力只有地球引力的38%。

地球与火星大小对比

返回飞船进入霍曼转移轨道之后，还是要飞行6个月以上的时间，这个过程是少不的。飞船在着陆地球之前，可以借助月球引力助推方案，飞船适当的调整方向和速度，最后可以直接降落到地球上。

事实上，载人飞船从火星返回地球，其难度要比登陆火星容易的多。但有一点比较麻烦，就是返回时需要等到最佳窗口期，这个窗口期两年才会出现一次。

不管怎样，完成探测火星任务之后，宇航员返回的过程相对容易一些，并不是太大的问题。

航天员返回地球

5、结语

以上就是关于载人登陆火星的所有内容，我们结合人类目前已有的技术以及短时间可以掌握的技术，对登陆火星的方案进行了简单的介绍。

人类拥有重型火箭，可以在近地轨道建造一个小型空间站，空间站拥有完整的生命保障系统。

强大的动力系统将空间站推送到火星卫星轨道，可以长期围绕火星执行各种任务。

空间站上连接的登陆飞船可以往返火星表面，载人返回飞船还可以把宇航员安全带回地球。

火星

载人登陆火星，距离我们并不遥远！

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