馬斯克的夢想

埃隆·馬斯克成功試飛了他下一代發射系統的原型SpaceX Starhopper，這個閃亮的不鏽鋼圓桶向上飛行了150米，幾十秒後平穩地落回到地面。對於SpaceX來說這是它最高和最終的一次測試飛行，而輿論皆稱這是「人類向火星邁出的第一步」。

馬斯克也說了，SpaceX Starhopper只是「星艦」推進系統的原型機，飛行的目的也就只是驗證它能起飛和降落。這不是飛船，更不是未來要登陸火星的「星艦」。馬斯克的飛船還在PPT上，它大致長成下面這個樣子：

如果將「星艦」當成未來「僅花50萬美元」移民火星的穿梭機，那你是想多了，這個設計頂多是富豪們亞軌道旅遊的太空飛機，它連月球都去不了，更別說火星了。關於登陸火星，聽我慢慢跟你分析。

火星很遠很遠很遠

我們地球距離太陽（平均軌道半徑）約1.5億公里，它在一個橢圓軌道上繞太陽運行。火星離太陽更遠些，它的平均軌道半徑是2.28億公里，並且軌道要更扁一點。當地球處於遠日點而火星處於近日點並且兩星處於太陽同一側軸線時，二者最近的距離約為5460萬公里，考慮到這種情況極少發生，我們通常計算地球與火星平均最近距離約為7830萬公里。地球與火星繞太陽運行的速度不同，我們的一年是365天，而火星則需要687個地球日才能繞太陽一周，這種不同步造成了地球並不能總是與火星保持在最短距離，當二者各處太陽一邊時，直線距離長達4.01億公里！

光的傳播速度約為每秒299792千米，因此從地球向火星發射的無線電信號最少需要187秒（3分多鐘）才能到達火星表面，而二者最遠的時候則需要長達1342秒（22.4分鐘）才能收到。

現在的飛船不可能達到光速，並且地球與火星的公轉角速度不同，所以它不能走直線飛向火星，我們需要在地球與火星距離非常遠的地方就發射火箭，推動飛船一點一點地往火星軌道靠近，然後在計算好的位置與火星交會並且被火星的引力捕獲。這不僅意味著極其複雜的軌道計算，還需要大量的燃料和漫長的時間。

我們飛向火星需要多久？根據美國宇航局戈達德太空飛行中心的計算結果，我們需要9個月的時間才能飛到那顆荒涼的星球。也就是說你不能在地球與火星距離最近的時候發射，而要提前9個月（發射窗口每26個月才會出現一次），在這9個月的時間裡地球繞太陽走了3/4的距離，火星走了差不多1/3，而飛船大約要飛行8億公里！

那麼問題來了：在這9個月漫長的太空旅行中，太空人們將經歷什麼？

太空旅行的挑戰

儘管此前美國、歐洲和俄羅斯已經向火星發射了多個探測器，但太空人是人不是機器，我們必須考慮人在太空中的生存和保障問題，這個問題極其複雜，所以本文只選擇其中最主要的方面來加以分析。

一、深空輻射

太空人的第一個嚴峻挑戰不是吃喝拉撒怎麼解決，而是致命的深空輻射。

深空中並不是我們看到的那樣空空蕩蕩，相反，在這片廣闊浩瀚的宇宙空間裡充斥著各種各樣的致命射線，其中不僅有來自太陽表面的γ射線、x射線和強紫外線，還有來自銀河系深處的各種強電磁輻射和高能粒子。銀河系宇宙射線（GCRs）是超能量粒子 - 主要是質子和原子核 - 由於超新星爆炸等遠距離和戲劇性事件而加速到巨大的速度。GCR可以對太空飛行器電子設備造成損害。這些高速粒子可以撕裂DNA分子，分裂它們或破壞它們為細胞繁殖編碼的指令，受損的DNA會導致癌症或其他疾病。

好奇號火星探測器在其253天的深空巡航中使用的儀器顯示，未來在這段旅途中太空人接收的輻射劑量約為0.66西弗特。這個劑量將導致致命癌症風險，因為生活在地球上的普通人接受的正常日輻射劑量是10微西弗（0.00001西弗特）。我們這裡還只是考慮了單程旅行，沒有計算太空人在火星的出艙活動以及同樣漫長的返回旅程。

為什麼地面和國際空間站是安全的？你可能會說，國際空間站上的太空人在太空一呆就是幾個月，也沒聽說他們回來個個得了癌症呀！這是個好問題。

答案是地球周圍有強大的磁場。地球核心有一個固體的鐵核以及在這個核心外層巨大的液態鐵的海洋，由於地心自轉的角速度與地幔旋轉的速度存在微小差異，這導致了科學家們稱的「發電機現象」，由此在地球周圍很廣闊的區域產生了一個龐大的磁場。正是地球磁場對宇宙電磁輻射的偏轉作用，加上大氣層對射線的吸收，保護了地球表面的人們不受宇宙射線的傷害。國際空間站距離地面的高度只有400多公里，也在地球磁場構成的「磁盾」之內，因此只需要在空間站建造過程中適當增加防護措施就可以保護太空人。

如果要使深空飛船做到與國際空間站一樣的防護水平，它需要額外增加1米多厚的金屬外殼，這幾乎是不可能做到的。

二、漫長旅行造成的心理問題及其它健康威脅

有幾個國家都做過「火星生存」方面折實驗研究，他們模擬了一個密閉的空間，讓幾個志願者在裡邊工作和生活幾個月的時間，以此證明漫長的火星旅途是可行的。這些生存實驗有一個共同特點，就是都有一個巨大的房子，志願者們甚至可以在裡邊種糧食以自給自足，但宇宙飛船卻沒有這樣的奢侈空間，否則根本射不上天。

幾名太空人將被迫擠在狹小的飛船生活艙里度過漫長的9個月甚至更長時間，強烈的宇宙射線會摧毀他們大腦中的神經細胞，狹小的空間和未知的前途會影響他們的情緒，甚至摧毀他們的意志。

長期處於微重力環境下會對太空人的身體各項機能構成負面影響，這已經從國際空間站得到了大量醫學證明。NASA對回歸地面太空人的體檢結果證明，有30%的太空人出現視覺退化。研究人員認為這些眼部問題主要源於頭骨內部壓力的增加，腦脊液在空間中比在地球上更多地流入頭部，圍繞大腦的腦脊液壓力增加，沿著視神經的鞘向下移動並推動眼球後部，從而造成永久性傷害。

三、低軌道飛行與深空旅行完全是兩回事

經常會有人認為既然人類已經可以將太空人送上天，讓他們能在空間站呆上近一年時間，就應該可以將他們送去火星。其實這是很大的誤解，空間站的低軌道飛行與脫離地球引力的深空旅行完全不是一個概念，它還有許多問題需要解決。

我們都知道俄羅斯和美國每年都需要向空間站發射載人或貨運飛船，載人飛船在不斷替換太空人的同時也給在上面工作的人吃「定心丸」，當出現麻煩的時候，他們可以儘量快地回到地面。而貨運飛船則負責源源不斷地為他們提供高質量的生活補給，太空人們可以吃到儘可能新鮮的食物、有充足的飲用水、可以洗澡，甚至能換上乾淨的衣服。

深空旅行卻做不到。幾名太空人需要帶上至少兩年的食物、足夠的淡水，他們甚至沒辦法洗澡，飛船里充斥著難聞的氣味。因為一切都需要依靠飛船自身的循環來維持，但它卻無法做到足夠大。如果有人因此病倒，那將是整個團隊的災難，因為他們無法及時返回。

不要以為你真的可以在飛船上種糧食，你幾十天辛苦種出來的菜可能一天就吃完了。在太空中種糧食本身就是不划算的，它需要極其複雜的設備和奢侈的空間，還不如多帶些吃的。

四、在火星上如何生存？

除了擁有堅實的地面外，火星是一個與地球完全不同的星球，那裡寒冷、荒蕪。它沒有磁場，大氣極其稀薄，氣壓極低，空氣里沒有氧氣，地表沒有水，土壤有毒，完全不具備人類生存的基本條件。並且這種狀況以目前人類現有技術很難改變。

因此人類即使現在到達了火星，去做什麼、如何生存是一個必須首先考慮並加以解決的問題。這些問題我們將在以後的文章中為你分析。

總結：

美國人提出2030年讓太空人登陸火星的計劃，這個計劃雄心勃勃，但從目前來看還有大量問題需要解決。且不說美國目前並沒有可以將人類送到深空的火箭和飛船，即便是十年內他們能造出火箭和飛船，圍繞著太空人生存的一系列問題都將困擾著科學家們，他們需要更多的時間來研究和實驗。

包括火星在內的深空環境極其險惡，它與地球完全不同。為此我們應該感謝「造物主」給了地球一個強大的磁場，使生命得以生存並繁衍下去。目前我們以空間站為基地展開空間科學研究，用機器人打前站去研究火星的思路是正確的。

人類不可能永遠呆在地球搖籃里，為了生存與發展，總有一天我們將飛離地球，去探索更遙遠的星空。但探索太空本身是科學活動，需要符合科學發展的規律，並一步一步地去實現它。這個探索的過程必須踏踏實實地去做，絕不是商人做幾張PPT或政客喊幾句口號就能實現的。

科學是嚴肅的事業，來不得半點激進與馬虎，否則必然付出慘痛代價。