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今年是2018年——距人類第一顆人造衛(wèi)星的發(fā)射，已經(jīng)過去了足足60多年。這60多年里，人類成功進入太空，登陸月球，建立了大型空間站，取得了長足的進步。

而細(xì)心的人們會發(fā)現(xiàn)，這些事情幾乎都發(fā)生在前1/5的時間中，在那十幾年里，人類的航天發(fā)展簡直是“大躍進”——第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射之后僅僅12年，人類就登上了月球。當(dāng)時的人們覺得，月球基地已經(jīng)是可以看得見的事情，登陸火星也是觸手可及的。

然而，自1971年底，“阿波羅17”號向月球揮手告別后，人類再也沒走出過近地軌道——這簡直是給人們的航天熱情兜頭澆下一盆冷水——讓人覺得，隨后的幾十年，人類航天發(fā)展似乎就是停滯的。

“阿波羅17”號最后一次登陸月球（圖片來源：NASA）

“停滯的半個世紀(jì)”？航天事業(yè)的發(fā)展是顛覆式的

但這真的是“停滯的半個世紀(jì)”嗎？

答案顯然是否定的，不僅如此，這一段時間以來，人類航天事業(yè)取得的進展反而更加顯著了。

有些人認(rèn)為載人登月之后，全球航天預(yù)算的相對縮減是一種“倒退”，其實不然。雖然我們在激烈的競賽中盡可以“大干快上”一番，但這終究是以其他方面預(yù)算的削減為代價的。從某種意義上來說，這種“戰(zhàn)術(shù)上的勝利”可能會引發(fā)“戰(zhàn)略上的失利”，從長遠來看，這顯然是一種得不償失的行為。

狂熱終歸是暫時的，人類航天事業(yè)也終究要回歸到正常的發(fā)展規(guī)律上來。

而且就載人登月這一本身概念而言，它其實并沒有超過當(dāng)時的技術(shù)范疇——當(dāng)然利用系統(tǒng)工程，把這些技術(shù)整合起來也是一件非常厲害的事情。就像我們可以利用成千上萬個電子管組合出一個運算速度還過得去的計算機一樣，但一旦面對更高要求的運算的時候，我們只能上晶體管了——實際上阿波羅飛船上的控制計算機，其運算能力還不如今天的一個智能手機。

現(xiàn)代航天事業(yè)已經(jīng)隨著經(jīng)濟與技術(shù)的發(fā)展，與之前大相徑庭，甚至可以說是顛覆式的：人造衛(wèi)星已經(jīng)開始逐漸擺脫過去的“傻大黑粗”的樣子，微小衛(wèi)星的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模，而應(yīng)用于運載火箭的一系列新技術(shù)，新思維，讓載荷的平均發(fā)射成本更是顯著降低；同樣，大型的人造衛(wèi)星在技術(shù)上也顯著提升——無論從功能還是使用壽命而言，都是不可同日而語的；特別是以GPS為代表的航天“軍轉(zhuǎn)民”技術(shù)，早已經(jīng)滲透進人們生活的方方面面，極大提升了人們的生活水平——甚至連“六根清凈”的佛門，也對航天技術(shù)帶來的成果充滿期待（少林寺拜訪航天科技新聞）。因此，航天領(lǐng)域的發(fā)展委實是非常巨大的。

GPS技術(shù)發(fā)展提高人們的生活水平（圖片來源：Unsplash）

再次登陸月球：沒必要！登陸火星：暴露了這些困難與問題

有人會問，既然技術(shù)是成熟的，那我們怎么還是在近地軌道，再也登不上月球了呢？

實際上不是“登不上”，而是“沒必要”。

道理是很簡單的：因為人們已經(jīng)不再滿足于僅僅挖石頭，插個旗了——更何況，這種簡單的操作，機器人不僅更適合，價錢還更便宜——拋棄了復(fù)雜的“人”這一因素，發(fā)射噸位可以大大降低，自然成本也大大降低了。

同樣去月球巡視，挖石頭，載人登月需要起飛質(zhì)量約3000噸，箭體直徑10米的超重型火箭，而派駐機器人上去（嫦娥三號、嫦娥四號），只需要起飛質(zhì)量450噸，箭體直徑3.35米的中型火箭；就算是采樣返回（嫦娥五號），火箭的起飛質(zhì)量也不會超過一千噸，所使用的火箭，其芯級直徑也不會超過5米。

但這也并不意味著人類不會再上月球了。

在人類成功登月之后，幾乎所有人都以登陸火星為下一個目標(biāo)——雖然金星更近，但是金星表面極度惡劣的環(huán)境實在不適合作為下一個登陸的目標(biāo)。而登陸火星的難度顯然是遠遠超過登月的難度的——至少不能用載人登月類比。

地球與火星之間的距離實際上大到可怕。有一個網(wǎng)站很生動地體現(xiàn)了這一點（https://joshworth.com/dev/pixelspace/pixelspace_solarsystem.html）。月球到地球之間的距離很近，因此去月球大概需要3-5天，往返最多不超過兩周；而去火星需要250天左右（最終取決于出發(fā)的時候，地火之間的距離，快的200天結(jié)束，慢的要300天），那么往返至少需要600天（因為還需要在火星上等返回地球的時間窗口）。由于任務(wù)時間的迅速延長，因此在登月時無需解決的問題將暴露出來，使得整個計劃變得十分復(fù)雜。

其中，最顯著的問題就是，長時間暴露在微重力環(huán)境下對于宇航員的生理影響。

看過航天員執(zhí)行完任務(wù)，返回地球出艙的樣子就知道，他們都是被人抬出來的——長期暴露在失重環(huán)境下會導(dǎo)致航天員的身體出現(xiàn)一系列變化，使之難以適應(yīng)地球的重力環(huán)境。雖然火星表面的重力加速度只有2/5g，但到地球上還是大了不少。因此宇航員如何在兩百多天的飛行中，讓身體機能下降得不是很厲害，就是一個很值得研究的問題。

同樣重要的就是心理作用。太空惡劣的環(huán)境使得航天員只能在密閉艙段中生活，而全任務(wù)周期將長達一年半，漫長的任務(wù)時長，逼仄狹隘的空間，極易引發(fā)各種心理問題——而這種問題往往還會與生理因素協(xié)同作用，使得問題進一步復(fù)雜化。

還有一點就是輻射問題。位于低地球軌道的空間站，其軌道高度不超過450km，這是因為范-艾倫輻射帶的客觀存在所決定的（其下界約500km）。地球磁場同樣也屏蔽了大量的宇宙射線（包括銀河射線以及太陽射線），而在載人深空探測的過程中，航天器將會直接暴露于這些較為高能的射線之中。同時由于其任務(wù)時間長，因此其劑量將會超過近地空間站航天員所接受的輻照。

不僅如此，長時間的任務(wù)對于航天器的可靠性要求變得更加苛刻，同時過于遙遠的距離使得補給、測控、通訊等方面的難度變得更加大，需要投入更多的資源去解決。

而針對小概率故障的應(yīng)急機制也需要建立——這一點已經(jīng)在“阿波羅13”號得到了充分的體現(xiàn)，雖然最后奇跡般地把所有航天員都撈了回來，但暴露出的問題依舊是需要警醒的。 

空間站&異星基地

基于以上方面的原因，空間站的建設(shè)就是十分顯然的事情。宇航員進行長期在軌駐留，除了要進行空間科學(xué)實驗之外，本身也是實驗對象。這對于航天醫(yī)學(xué)、航天心理學(xué)等前沿學(xué)科的發(fā)展，無疑也是極大的增益。

雖然空間站離地面比較近，但是它的復(fù)雜程度也是數(shù)一數(shù)二的。例如：阿波羅飛船最多就是三個艙段，而空間站是十幾個艙段協(xié)同作用的龐然大物，其中蘊含的技術(shù)背景也是過去的航天事業(yè)所無法企及的。

更重要的是，空間站計劃作為一項長期工程，對于運營的要求也相當(dāng)高——還包括了各國的通力合作，這是過去無法想象的。

空間站建設(shè)（圖片來源：NASA）

前面我們提到，載人登火除了需要長時間的飛行以外，也需要經(jīng)過漫長的等待才能等到窗口期。因此在火星上建立一個基地算是一個附加的任務(wù)——相對于建設(shè)了幾十年的空間站而言，異星基地簡直就是一張白紙。

異星基地的建設(shè)與空間站大同小異，本質(zhì)上依舊是人類在太空生存的一個庇護所——但由于星球重力場以及星球間距離的客觀存在，其建設(shè)難度要大于空間站，運營難度也要大于空間站。

以宇航員就醫(yī)為例，空間站的宇航員在突發(fā)身體疾病之后可以通過地球進行實時現(xiàn)場診斷，最不濟也可以直接返回地球；而一旦在火星上遭遇了這種事情，十幾分鐘的通訊延遲也足夠讓看病這一問題變得麻煩，更不用說返回地球了。

幸好地球有月球這么顆衛(wèi)星，還可以在上面建立基地，碰到問題還可以跑回來，算是有充分的演習(xí)空間，如果跟金星一樣沒有衛(wèi)星的話，那就很麻煩了——這意味著我們需要冒很大的風(fēng)險。同時，由于月球基地是一項聲勢浩大的工程，因此相應(yīng)的研究也需要進行大量的投入。

所以我們可以看到，NASA在載人登陸火星的初期報告中，包括了大型空間站與月球基地，雖然中間夾雜著不少“私貨”，但是從技術(shù)路徑上來看，卻是十分必要的存在。誠然隨著科技的發(fā)展，很多內(nèi)容可以簡化，但依舊是十分復(fù)雜的。中國的航天戰(zhàn)略也大致包括了這些內(nèi)容，也是頗有異曲同工之妙。

從這種意義上說，我們也能解釋為什么登月之后，人類航天事業(yè)處于“停滯狀態(tài)”了——下一個目標(biāo)實質(zhì)上已經(jīng)是一個“質(zhì)變”的情形，但沒有足夠的“量變”，是不可能實現(xiàn)的。而一旦質(zhì)變發(fā)生，那又是一個讓世界為之驚嘆的人類的杰作——月球基地，登陸火星將是這個階段的目標(biāo)，但我們需要時間。

當(dāng)然最重要的依舊是，合作。 

（本文中標(biāo)明來源的圖片均已獲得授權(quán)） 

出品：科普中國 

制作：長征⑨號 

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