從登月到探火，人類將以月球為中繼站前往火星？

月球和火星旅行一直很多人的夢想！未來宇宙星際之旅 ，人類將要完成兩大世界性的大型航天工程——重返月球和實現載人火星航行。

兩個星球，兩個世界

月球和火星這兩個星球擁有兩個截然不同的世界：

作為地球唯一衛星，月球上沒有大氣，所以沒有風雨變幻。在月球上無法靠對流的方式來傳遞熱量，這使得月球的白天和夜晚的溫差高達310℃，月球白天最高溫度可達130℃，晚上溫度會下降到-180℃左右，且月球的白天和夜晚各自長達13.5天。而火星有大氣，但非常稀薄，密度只有約地球的1%。火星赤道中午時可達20℃，兩極最低溫度-140℃，火星上的平均溫度大約為-55℃。巨大沙塵暴是火星大氣中獨有的現象，幾乎在每個火星年裡都要發生一次，最大可達地球12級颱風的幾倍，而且一旦刮起來可持續3個多月。

由於月球的自轉和公轉周期一樣，都是一個恆星月（27日7時43分11秒），所以在地球上只能看見月球的一面，背向地球的一面永遠看不見。而火星自轉周期為24小時37分，即火星上的一天幾乎和地球上的一樣長。火星公轉一周約為687天，即火星的一年約等於地球的兩年。

在月球上，除懸崖峭壁外，幾乎所有月面都覆蓋著平均厚度為3～5米的月壤，它們主要是機械作用的產物。隕石的頻繁撞擊，撞擊濺射物的不斷堆積，宇宙射線的轟擊和劇烈的溫差促使月表巖石破裂和粉碎，這些機械作用最終形成月壤。月壤的粒度分布很廣，但絕大部分顆粒在30微米到1毫米之間，摸起來跟麵粉一樣細膩。月壤主要由月球巖石碎屑、粉末、角礫、撞擊熔融玻璃物質組成。

火星和地球一樣擁有多樣的地形，有高山、平原和峽谷，基本上是沙漠行星，地表沙丘、礫石遍布，到處是遭隕星襲擊後因撞擊形成的坑坑窪窪。它最引人注目的地形特點是乾涸的河床，多達數千條，蜿蜒曲折，縱橫交錯，主要集中在火星的赤道區域附近。

從上述對比可以看到，月球和火星大相逕庭，而這些差異直接影響到月球車和火星車的設計、研製、試驗、發射、著陸、巡視和探測等許多方面。

月球探測器基本每個月都有1次發射窗口。而火星距地球的距離比月球距地球的距離遠得多，每隔26個月才會相距較近，即每26個月才有一次發射窗口，所以在確定火星探測器的研製周期和發射時間方面要比月球探測器複雜。

由於距離遠，所以對發射火星探測器的火箭要求也比較高。月球探測器進入地月轉移軌道的速度為每秒10.9千米。而火星探測器要進入地火轉移軌道的速度必須達到第二宇宙速度才行，即每秒11.2千米，以脫離地球引力。因此，發射同等質量的月球探測器和火星探測器時，後者要用推力更大的火箭。

因為火星探測器飛往火星的時間和距離比月球探測器飛往月球的時間和距離長得多，前者最快一般需大約8個月，後者最快只需四五天就能到達目的地，所以對火星探測器的測控要比對月球探測器的測控通信複雜的多。

由於測控通信的信號強度與距離的平方成反比，經過幾億千米的路程，火星探測器傳回地球的信號變得十分微弱，再加上宇宙空間存在著各種各樣的噪聲，所以很容易把傳輸信號淹沒掉。測控火星探測器，對探測器本身以及地面測控站都提出了很高的要求，既要求火星探測器裝有高增益天線，也要求地面有天線直徑很大的深空測控站（天線的直徑和探測距離成正比，增大天線口徑可以增加探測距離）。

由於距離地球遠，火星探測器測控信號的傳輸延時很長，單向就達15～20分鐘，而月球探測器測控信號的傳輸延時單向僅為1秒多，所以對火星探測器的遙測遙控比月球探測器更為複雜，並要求火星探測器有更高的自主性。

由於路途漫漫，所以火星探測器在飛往火星的途中要進行比月球探測器次數更多、更精確的軌道修正才行，這樣才能準確地飛到火星。如果火星探測器的出發速度有每秒1米的誤差，探測器飛到火星附近時就會有10萬千米的偏差。

因為火星探測器遠離太陽，它所受到的太陽輻射強度大大減弱，所以火星探測器的太陽電池翼性能需更高。另外，火星車的太陽電池翼還要能經受火星巨大沙塵暴的考驗。

由於月球沒有大氣，所以落月探測器不能依靠降落傘來減速進行軟著陸，而只能靠自己的發動機反推來減小下降速度，在月表著陸比在有大氣的火星表面著陸更難。不過在火星上著陸也不容易，被稱為「恐怖的7分鐘」。由於無法依靠地面遙控，所以火星探測器切入火星軌道的難度相當於從巴黎打一個高爾夫球，正好落到了日本東京的某個球洞裡。

在探測器切入火星軌道後，如果要在火星表面著陸，其過程類似於返回式衛星，但技術難度大得多，因為遙測和遙控信號十分微弱。另外，當探測器運動到火星背面時，地球無法準確地確定其軌道參數，這就給再入高度的選擇帶來困難，許多探測器都因此功虧一簣。

火星車在地外星球著陸後也不是萬事大吉。因為火星的重力比月球大許多，火星的氣候、表面的環境、行駛的路況也與月球千差萬別，所以在火星車的設計、研製和試驗等方面，都與月球車有許多不同，要經受火星沙塵暴以及遠距離測控通信、能源供給等方面的考驗。

總之，雖然月球車和火星車有一些相同之處，研製時可以進行一定的相互借鑑，但由於它們所探測的星球有很大的不同，因此在設計時差別很大，各有各的難處。總的來講，火星車的研製和運行更難，這也是一般國家都是「先探月、後探火」的原因吧。

未來月球基地，人類探火前哨站

隨著人類載人航空發展，未來人類將開發建造月球基地，以月球為中繼站、前哨站，前往火星，加速星際探測和開發。

作為距離地球最近的天體，月球將，成為人類進入深空的跳板和中轉站。由於月球沒有大氣、磁場等，因此從月球上發射大型太空飛行器，相較於地球容易得多，可以在月球上實現對太空飛行器的建造、組裝、維護和補給，並從月球或月球附近直接奔向深空。此外，月球也是「學會在另外一個世界生存的最好試驗場」，可以完成諸如生物再生式循環生態系統、宇宙長期航行心理學、低重力環境醫學和星體表面探測作業系統等的研究與實驗。

月球基地的發展過程通常是初級月球基地（也稱為月球前哨站、月球科考站）→中級月球基地→高級月球基地→月球工廠→月球移民區及中轉樞紐。由於人類到目前為止對月球的認識和理解還較為有限，因此基於現在的航天技術水平，月球基地的建設過程往往較為複雜，建設周期通常較長。從容納數人的初級月球基地建設成為可容納上百人的高級月球基地往往需要數十年的時間，如果最終建設成為月球移民區則需要近百年的時間。

——初級月球基地：最多可容納6～20人在基地內作短期停留（幾個月），使用壽命1～10年左右，為外空探測提供簡單的物資供應。

——中級月球基地：最多可容納20～50人，航天員可在基地內作長期停留，使用壽命在10年左右，具有可擴展、可維護的功能，可以進行遠距離大範圍的科學探測考察和物資輸送任務。

——高級月球基地：永久性月球基地，最多可容納50～100人，使用壽命可達30年左右。加較多，可以進行多種星球能源的開發，建設多種先進的地質科學實驗室。

——月球工廠：能容納100～250人左右，使用壽命30年左右，電力與能源全部自給自足，並經形成循環封閉的生態系統，並能供應對太陽系其他行星和天體的開發之用，作為人類深空探測的中轉站。

——月球移民區及中轉樞紐：各項生活、實驗、工作的設施和消耗品等均已實現自給自足，交通發達，可以輕鬆自如開展地月、月火間往返運輸。