原标题：下一站，火星 | 红杉爱科学 来源：红杉汇

“地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。”在全球差别国度、地域的航空航天发射基地，前苏联科学家、现代航天学和火箭理论奠基人康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基的这句名言会高频出现。在不停的技能演进中，走出地球的空想正在一步步走向现实。这一次，目标，火星。

颠末又一轮26个月的等候，2020年，人类终于又迎来了又一次火星与地球的“亲密打仗”期。7月23日，中国首个火星探测器“天问一号”乐成起程，将颠末长达7个月的太空飞行，奔赴那颗神秘的赤色星球。几天前阿联酋首个火星探测器发射乐成，而美国“毅力号”火星探测器也将在7月尾发射，这让2020成为“火星年”。为什么2020年火星探测大热？人类探索火星有着怎样的汗青？未来，人类能在火星上做什么？本文，我们与你一同探讨关于火星探测的可能性。

2020年，[红杉汇]推出全新栏目“红杉爱科学”，将更多地把眼光投向前沿科技领域，追寻征象背后的深条理答案，聚焦硬科技最新突破，探索关乎人类生存方式的科技进展。

为什么是2020？

如果人类未来有以临近行星为跳板探索宇宙的计划，那么火星一定会成为第一站。火星是太阳系行星中位置最靠近地球，物质组成也与地球最为相似，这让人类对火星产生兴趣变得顺理成章。当地球情况渐渐变得恶劣，人类把眼光转向了这颗离我们较近、情况相似的赤色星球，“移民火星”的空想由此诞生。

火星上有着明显的四序区分，由于火星公转的时间是地球的两倍，以是火星上每个季候的时间险些也是地球的两倍。火星的一年约莫是687天，因此火星上的一天约为24.6小时，仅仅比地球多出了0.6个小时。

固然火星对人类最具吸引力的因素是水源，由于那是生命产生的一个须要因素。2019年，科学家们在火星上发明了一个直径80km的冰坑，云云巨量的水，完全可以或许满足人们在火星上的生存需求，甚至有科学家们还怀疑冰坑下面大概还存在着一些简朴的火星生命。

只管颇具吸引力，但人类探测火星的征程并不轻松。地球处在太阳系较内侧位置，地球需要约365天环绕太阳一周，火星需要约687天。火星的轨道是偏心率为0.09的椭圆，地球轨道则靠近正圆。这意味着地球和火星之间的间隔在时刻履历着庞大变化，最远在太阳两侧面相对时可远至4亿千米，最近时也会凌驾5000万千米。

火地之间每隔26个月会近间隔“密接”一次，如果在环形跑道上让地球和火星举行一场竞走，发令枪响后“慢吞吞”的火星约莫每两年会遇上地球一次，此时两行星间隔最近，在这一时刻前后，从地球发射火星探测器，能让人类“探火”之旅的“赶路”时间更短、所携燃料更少、成本越发低廉。2020则正逢其时。

人类现有的以化学燃料为焦点动力的火箭性能依然有限，利用这个会合时间点四周的窗口探测，乐成率就会高许多。汗青上人类对火星的探测，基本都要利用一次次会合周期打开的探索窗口。但即便云云，总体的探测乐成率依然不足一半，火星探测的技能难度可想而知。

探测器并不是在地球和火星准确会合的时间出发，而是需要通过规划，提前几个月出发。当地球和火星现实会合时，探测器每每仅在半程。此次地球和火星会合的时间点在10月初，对于2020年，新一次的火星探测时间窗口出现在7-8月份，这也是本年成为“火星年”的紧张缘故原由。

人类的火星探索之旅

对探索火星的实验源自上世纪60年代，那时候的人类对火星知之尚少，火星探索的乐成率并不高。

1970年之前，美苏两国一共实验了12次火星计划，乐成的只有3次，创下了人类航天史的最低记载。美国科学家起了一个“银河系食尸鬼”的昵称，意指地球和火星之间有一头不可见的“食尸鬼”，专以航天器为食。以此来意指，火星探测的艰巨。

对其时的技能水平而言，探测火星存在以下几浩劫题：

●运载体系的推力。

航天活动最基本也是最紧张的一项能力就是火箭的推力。不仅要挣脱地球，甚至还要部门挣脱太阳的引力，才能把探测器推到火星四周。

●庞大的轨道转换。

由于其时人类所掌握的火箭推力并不理想，想把探测器一次性送上火星并不现实，运载体系还必须在深空中借助太阳和行星的引力变换轨道。这对时间点的掌握要求极为严苛，转换点四周几秒钟的差别，就会导致着陆点数百公里的偏差。

●通讯间隔

火星计划需要十分准确的指挥，但地火间隔最远可达4亿公里，信号以光速传输一个往返，也要40多分钟。此时探测器自身有运算和调解模块就显得很紧张了，惋惜其时的人类计算机技能还完全不敷发达。

上世纪70年代后期，随着航天技能的发展，已经有一些登岸器可以或许探测到火星本体。在实现了火星的外层探测和卫星环绕之后，各国也开始不满足于仅仅对火星做轨道观测和撞击实验。把真正的探测器送上火星，最好还能在火星上分析样本、传输照片，成了下一个火星观测期间的竞逐主旋律。

看上去，这只是从近行星轨道向降落落到地面。但实行起来，其难度却不亚于从地球出发把探测器送到火星轨道。

对于探测器来说，登岸行星的第一步是进入行星的引力范围，如许才能被星球捕捉，渐渐靠近其地面。但火星的质量不大，只是地球的十分之一，能提供的引力影响范围很小，探测器必须精准地擦着这个引力范围的边以求被捕捉，但又不至于直接“硬着陆”到火星上。

就算进入大气层，火星的引力虽小，但也比人类最熟悉的地外星体月球大得多，探测器的下坠加速率也因此远快于在月球上。与此同时，火星的引力又没有大到能保留足够的大气，这让地球上屡试不爽的减速伞装置没有了用武之地。

一台探测器纵然乐成被火星引力捕捉，而且顺遂打开减速伞，另有末了一步“动力减速”挑战需攻克。此时探测器需用逆向推进器给自己强力减速，制止终极坠毁在地面上。但启用动力减速时，探测器已经非常靠近地面，推进器开关需要非常准确的时间点控制。而这统统，只能靠探测器自己。

人类探索火星的汗青足以见证其难度之大，这也是为何2020年发射火星探测器云云备受存眷的缘故原由之一。

火星开发的“未来举行时”

如果移民火星，地球上人类赖以生存的空气、水、食品、寓所等资源，在火星都意味着一个又一个严肃挑战。

在科幻影戏《火星救援》里，主人公靠种植土豆独安闲火星上生存下来。纵然未来从地域到火星的征程变为通途，人类想要移民火星的空想，还面临重重困难，其中火星没有氧气便是最为严肃的挑战之一。

人类要移民火星，建设农业文明肯定是第一步，在火星上需要开拓全新的农业科研领域。科学家假想：需要让一些低等植物甚至是微生物先行，比方细菌、藻类等。让它们先到火星上顺应情况，吸收二氧化碳、开释氧气，然后产生有机质，改造火星的土壤，让火星外貌情况越来越像地球，对生命越发友好。

如今，海表里已经有科研机构在开展相干研究事情。2016年，美国国度航空航天局（NASA）肯尼迪航天中心和佛罗里达理工学院联合启动“火星花圃”项目，目的就是筛选可以或许顺应火星情况的植物。目前该项目已经进入测试阶段。

解决了食品和氧气问题后，人类就需要通过建设火星基地来解决居住的问题，这又是另一个漫长而庞大的工程。

建设火星临时基地，可以在宇航员抵达火星之前，先用无人货运飞船将满足基本需求的居住舱和非再生式生命保障体系送到火星。建设火星中期基地，至少需要使用物化再生式生命保障技能，实现物质更高效的循环利用。而要建设火星永世性基地，则需要生物再生式生命保障体系，实现物质的100%循环再生。

解决生存问题后，人类最紧张的目的是在火星举行科研，把火星当做另一个地球来研究。人类今天对地球的熟悉并不敷深刻，缘故原由就在于缺少一个合适的参照对象，没有跳出地球看地球。如果有一个星球跟地球原本很相似，终极的运气却差别，那么以此开展对比研究，就可以得到许多启示。

在某种水平上，人类对火星探索的激情亲切来源于人类对自身生存情况的溯源和扩展。人类对宇宙的探索和对人类自身可能性的扩展永远不会停止，这是人类作为智慧生物的一定寻求。大概“火星移民”仍然是一个迢遥的空想，但至少，我们已经迈出了第一步。

互动送好礼

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注：时间截至7月27日20:00，获奖用户请于收到通知后24小时内回复邮寄信息，未收到通知或未实时回复则视为“谢谢参与”。

来源：

《人类探索火星为什么这么难？》 地球知识局

《星语心愿|为什么火星探测窗口每26个月才一次？》中国的航天

《火星探测使命临近！网友脑洞大开：种地，建房，采矿……都摆设上！》科技日报

《盘货汗青上的火星探测使命》 火星学会

《下一站 火星》 克里斯蒂安·达文波特

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