火星一直對人類有著特殊的魅力。它在夜空中的淡紅色與戰爭和破壞有著強烈的聯繫,而天文學家長期以來一直在推測那裡可能存在生命的可能性,要麼是現在,要麼是過去的某個時候。從地球上的望遠鏡觀察,它的特徵引發了各種各樣的關於這顆行星以及人類可能在那裡遇到什麼的猜測。
在20世紀60年代的太空競賽中,蘇聯和美國都將火星作為早期的探索目標。1963年6月,蘇聯的著陸器第一次登上火星,但他們的舉動幾乎沒有獲得科學回報。美國首個飛越火星的探測器拍攝的照片顯示,火星表面坑坑窪窪,酷似月球,粉碎了許多人對火星上可能存在智能生命的希望。隨後的任務集中在尋找水,這是地球上生命存在的一個關鍵要素,作為一個可能的指標,表明地球上可能已經進化出了簡單的生命。
現在,許多國家都宣布他們打算在未來進行人類的火星探險。雖然在我們最終看到太空探險者行走在這顆紅色星球上可能還需要許多年,但大多數科學家現在預計這樣的探險最終會實現。
把人類送到火星是一個重大的挑戰,但它仍然是一個潛在的非常有益的成就。所需要的只是一個航天國家或國家聯盟作出政治決定,花費完成這項任務所需的資源。到目前為止制定的大多數計劃都太大、太複雜、太昂貴,難以實施。然而,一些研究建議精簡操作,預算可能在大約2500億美元之內,這大約是國際空間站建造和維護的成本。這一計劃最早可能在本世紀30年代付諸實施。
例如,一項「以土地為生」的提議,使用火星上的資源,可能會大大簡化勘探計劃。第一批到達火星的人類很可能從火星環境中提取燃料和消耗品。這樣的任務需要兩年多的時間才能飛到火星,在火星表面工作,然後返回地球。到達火星需要一輛車,一個帶有科學實驗室和棲息地的著陸器,一個在地表發電的發電廠,一個有能力生產推進劑的工廠,最重要的一點是有一個離開火星返回地球的工具。
火星上的燃料可以從主要由二氧化碳組成的當地大氣中製造出來。這些氣體將被泵入製造廠的反應室,在那裡與液態氫混合併加熱。19世紀,法國化學家保羅·薩巴蒂爾(Paul Sabatier, 1854-1941)發現了這種合成過程,產生甲烷和水。這些甲烷將通過一個低溫冷卻器被泵出,冷卻後會變成液態,可以儲存起來用作火箭燃料。產生的水可以被泵入電解裝置,電極將其分離成氫和氧。
到達後,人類需要部署一個可充氣的溫室來種植食物。使用自動漫火星車,太空人可以開始探索周圍的地形。他們將在棲息地模塊中建立的小實驗室中收集巖石樣本進行分析。他們也可以鑽到火星的地下,尋找水和任何可能存在的地下生命。他們甚至可以尋找化石,並試圖證實火星軌道衛星探測到的更多自然資源的存在。一旦他們在火星上停留的時間結束,他們將進行110天的返回地球之旅。
實施這樣一個任務所面臨的技術問題是相當大的。太空人將會受到兩種類型的輻射:來自星系的輻射以及太陽耀斑發出的輻射。快速的過境時間是抵禦銀河系輻射的最佳保障,就像火星上的大氣層一樣。另一方面,太陽耀斑可能是致命的,尤其是在沒有保護的太空裡。工程師們可能會選擇用水來保護太空人,使用一個圓形的水箱,太空人們可以躲到裡面,直到太陽風暴消退。
在搭載太空人前往火星的宇宙飛船上,可能還需要維持一定的人工重力,以幫助減少長時間暴露在低重力環境中的生物醫學問題。這可以通過使用旋轉工具來創造人造重力來實現。
大多數科學和技術挑戰可以通過充足的資金來克服。人類火星任務的主要障礙仍然是成本。2017年,美國政府宣布,將打算重新引導美國宇航局(NASA)重返月球,並在人類登陸火星之前建立一個月球基地。這可能會推動火星登陸在未來10年或更長時間實現,也可能會激勵其他各國在國家或國際火星任務中發揮領導作用。在本世紀30年代將人類送上火星是可以實現的,但前提是我們願意花足夠的錢克服所有的障礙。