科普中国载人火星探测三步走仅是设想

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　　中国航天员要在2033年登上火星，这是真的吗？
　　最近，中国运载火箭技术研究院院长王小军的一则演讲火了！演讲报告题目是《载人火星探测航天运输系统》，提到未来开展火星采样返回，载人登陆火星、火星基地选址和建设、组建大规模地火运输舰队、火星资源大规模开发与应用等非常前沿的话题。
　　听起来像科幻，但这确实是中国航天专家首次详细介绍中国载人火星探测三步走的大胆设想，有不少媒体，根据报告提到的2033年的窗口时间节点，解读出中国公布计划要在2033年载人登陆火星。
　　然而，事实真的如此吗？
　　距离2033年只剩下12年时间，届时王小军描绘的载人火星探测三步走蓝图能实现多少？
　　载人火星探测这么大的事，为啥国内中央级的官媒一家也没报道？
　　如果载人火星探测还不确定，那作为中国火箭的摇篮的掌门人此时对外抛出这一设想究竟有何用意？我们又该如何正确理解这份报告？关注神仙号，你马上就能掌握中国载人火星探测的最新权威分析。
　　首先，我们看看王小军提到的载人火星探测三步走，究竟怎么走？
　　第一步是载人火星探测的技术准备阶段。主要任务是机器人火星探测，包括采样返回、基地选址和原位资源利用等。其实，天问一号火星探测器就属于机器人火星探测。在这里，请大家把数字1打在公屏上，要知道，全世界火星探测任务的成功率不到50，而美国用了40多年才完成的火星探测绕、落、巡任务，中国天问一号一步一次性就实现了。而未来火星采样返回的任务，在方法上和已经成功的嫦娥五号探月绕、落、回非常类似，只是火星路途更远、引力更大，还有不少技术瓶颈需要克服。
　　然后火星基地选址这个好理解，那原位资源利用是什么意思？你可以打开浏览器，搜索原味资源，于是你会看到（呃搞错了，重来）简单说，就是人类要想长期在地球之外生存，不能总是什么都从地球家里带，必须学会就地取材。比如从火星直接获取氧气，氢、甲烷等资源加以利用，这样可以大大提升载人深空探测的效率。
　　总体来说，这一阶段航天运输系统与我们目前采用的方式基本类似，依然采用大型或重型运载火箭，直接将探测器送入轨道，再利用化学推进达到火星。
　　第二步，是载人火星探测的初步应用阶段。主要任务包括，载人环绕火星轨道探测、载人火星着陆探测、火星基地建设等。
　　跟把机器人送到火星相比，载人火星探测要复杂得多。好比让你从家往办公室送一本书，你可以叫一位同城快递小哥，用一辆电动车就能帮你送达。可如果你要从深圳华强北带着50套台式电脑去北京西单住上一阵子再回到深圳华强北。那仅靠一个快递小哥的电动车就搞不定。你可以把电脑分批次打包发北京，然后自己打车到机场，飞到北京机场后再从打车到西单，和你的电脑们汇合，然后返程时也类似。
　　同样道理。从地球到火星往返长达十几个月的载人飞行，所需要的推进剂、能源、安全设备、食物、空气、水等维生系统等使得载人火星探测器、飞船、轨道转移器的总质量要比天问一号无人探测器大得多。
　　按照王小军介绍得设计参数，火星探测中，载人型转移运载器的总质量为246吨，加注108吨液氢推进剂，可以运送包括深空居住舱、载人飞船等共65吨的有效载荷。载货型转移运载器：总质量为328吨，加注76吨液氢，有效载荷质量为206吨。
　　这样大的质量，现有的任何一型火箭都没法一次送入太空，而仅使用化学推进剂火箭也不能在不同轨道空间长期、长途、反复点火、循环使用。
　　因此载人火星探测器，需要人货分运，多次在轨交会对接组合、分离、再组合，而且不同航段使用不同的运载方式。
　　专家透露，大约需要7枚重型运载火箭，来运送探测器组合舱体，然后探测器舱体在近地球轨道（LEO）组装载货转移级（火箭）。随后由地球空间摆渡级将载货转移级摆渡至地球高轨（HEO），而地火转移过程中需要核热核电推进组合双模式，以三台10吨级推力的核热发动机作为主要动力，利用核电系统为各分系统提供电源，在接近火星后采用大气捕获和近火制动，进入环火轨道。此时火星着陆和上升器在环火轨道等待另一艘载人的火星飞船。同时，释放火星表面设施，着陆火星表面。
　　而载人火星飞船由火箭直接发射进入地球高轨，与载人转移级对接，载人转移级点火进入地火转移轨道。载人转移级近火制动进入环火轨道，航天员通过火星着陆和上升器着陆火星表面，开展火星表面作业。返程时，航天员进入着陆和上升器，返回环火轨道，与在环火轨道上等待的载人转移级对接后，再由载人转移级进入火地转移轨道，最终返回地球。
　　这个过程听上去特复杂。总之一句话，载人火星任务的飞行时间往返可能达到数百天，飞行距离达到数百万到数亿公里，轨道交会对接的次数达到10余次。为了达成这一火星计划，航天专家已基本确定载人火星探测任务航天运输系统的组成、特点、总体方案与设计参数，而合适的火星任务出发时间为2033年、2035年、2037年、2041年、2043年等。
　　接下来三步走中的第三步，更是最让人心潮澎湃、脑洞大开。这是地球火星经济圈形成阶段。在这一阶段，人类将实现对火星航班化探测，主要任务包括大规模地火运输舰队，火星资源大规模开发与应用。这一阶段将采用核动力一体化运输模式，从地球空间驿站、日地拉格朗日L2点基地出发，选择地火循环轨道。而地火循环轨道上则已布置了转移飞行器。
　　在推进技术方面，核热推进是目前载人火星探测方案设计的重要选择。核聚变推进理论上具有更高比冲性能，但需要理论和技术的突破，适合作为载人火星探测更远期的研究目标。此外，我国还研究将天梯这一新型运输系统作为空间出发点。与现有的航天运输系统相比，火星探测项目需要的运输系统更为复杂，未来运输器也可能从化学推进转变为热核乃至核聚变推进。
　　当然，中国的火星计划还有诸多关键技术难题。王小军报告中提到，这些难题主要包括航天运输系统总体设计技术、大规模星际运输推进技术等等。以上就是中国火箭院掌门人公布的中国载人火星探测三步走的设想。
　　接下来辟谣，神仙号为你盘一盘，所谓中国计划2033年载人登陆火星的消息为啥不靠谱？
　　第一，要看信息发布的主体。尽管王小军本人是火箭院的掌门人，但是中国重大航天任务都是由抓总的主管单位来对外权威发布，比如空间站建设的消息一般由中国载人航天工程办公室对外发布，中国火星探测任务取得成功、嫦娥五号采集的月球样品对外展示等消息则由主管的国家航天局发布。中国运载火箭技术研究院，作为国防科工企业的研制单位，本身并不具备正式宣布国家重大航天任务立项的资质。
　　第二，要看信息发布渠道。一项重大航天任务的官宣，不仅有官方发声，还会有国内权威中央媒体传播。此次王小军的报告，除了新华社旗下参考消息出口转内销转载了路透社的外媒反响外，其他央媒均未跟进，按照央媒惯例，官方尚未正式确认的信息是不会轻易报道，这也侧面证实了三步走设想仅属于学术理论研讨范畴。
　　第三，要看会议性质和发言性质。此次王小军做发言的全球航天探索大会是在俄罗斯举办。大会由国际宇航联合会主办，国际宇航联合会成立于1950年，在国际宇航学术界具有广泛影响力。这一大会属于半官方性质，很大程度上是全球航天界的一次业界、学界聚集起来进行头脑风暴的会议。2017年在中国举办时，中国承办方就是中国宇航学会，当时国家航天局、NASA、欧空局、洛克希德马丁公司和波音公司等机构的近千名科学家、企业家和航天局代表，包括杨利伟和美国登月宇航员巴兹奥尔德林都悉数到场。王小军的演讲报告，实际上展示的是中国近些年在载人火星探测方面的学术理论研究成果。
　　第四、这一说法也和官方现已公布的深空探测规划进度不符。
　　那么，对于火星及深空探测，中国官方目前已经明确了哪些任务和关键时间点呢？
　　这里神仙号梳理了近年来官方已确认的靠谱信息。其他的坊间传闻不能说一定不对，但尚未被官方证实。
　　一、2025年前后，中国将实施近地小行星取样返回和主带彗星环绕探测任务，实现近地小行星绕飞探测、附着和取样返回。这是国家航天局正式发布的中国航天十四五及未来一个时期发展的重点规划中明确提出的，神仙号根据国家航天局发布的《小行星探测任务有效载荷和搭载项目机遇公告》得知，这次任务已经确定把2016HO3小行星作为探测目标。至于为什么要选这个小行星，具体要怎么探测，就是另一个故事了，神仙号会在今后的内容中专门做介绍。
　　二、2030年前后，天问二号实施火星取样返回任务；此外还将实施木星系环绕探测和行星穿越探测任务。
　　这里要提一个时间节点，曾有不止一位资深的航天专家都跟神仙号透露过在2049年实现探测太阳系边际的任务，尽管这一消息尚未被官方证实立项，但中国航天重大节点必献礼的惯例让我们有理由相信，在2049年新中国百年华诞之际，航天人很可能会有值得瞩目的大动作。
　　三、作为中国深空探测的重要基础之一，长征九号重型火箭的首飞时间会在2028年至2030年。至于载人登月、载人登陆火星的时间，尽管不同专家学者发表过不同的观点，但至今国家尚未正式发布时间表。
　　既然，官方尚未定论，那王小军此时提到的载人火星探测三步走有什么意义呢？
　　神仙号分析认为：
　　首先，作为中国火箭的摇篮的掌门人，王小军在全球航天探索大会做的报告，向国内外展示了中国航天界对今后开展载人火星探测的一套相对完善的理论研究成果，反映出载人火星探测早已提上中国航天专家的研究议程，这为今后载人火星探测的工程化实施打下理论基础；
　　其次，载人火星探测三步走为我们描绘了一幅值的憧憬的星际宇航图景。提到的空间核动力一体化运输模式、重复使用的用于轨道间摆渡的轨道转移运载器、地球空间驿站、日地拉格朗日L2点基地等，都是对人类现有的航天方式的全面升级迭代。当然从现实出发，中国的火星计划还有诸多关键技术难题，比如长期空间生存和宇宙辐射对人体影响等问题。
　　此外，火星探测对人类具有重要意义，是人类走出地球摇篮，探索生命起源，拓展生存空间的重要途径。火星是太阳系内与地球环境最接近的地外行星，且富含氢、甲烷等资源，而且已经发现存在水的证据，其具备开展星际移民的潜质逐步显露，这也是王小军提到的大规模地火运输舰队和原位资源开发利用的基础。
　　可以说，目前国际航天界基本将登陆火星确定为未来30年内载人深空探测的远景目标。上世纪60年代，美国人已经破解了登月的难题。而在本世纪人类登陆火星的议题上，美国曾提出2033年登陆火星的计划，但种种迹象表明美国在2033年很难实现。现在，中国载人火星探测三步走设想提出了中国的解题思路。而近年来，稳步增长的中国航天力量，和一系列前景可期的航天工程，让我们有理由期待，在本世纪中叶甚至更早的时间，人类有望登陆火星。我们这代人有生之年，极有可能看到地球人成为火星人，人类进化成跨星球物种。
　　参考资料：
　　1、中国运载火箭技术研究院：地球火星！火箭院院长在国际大会上这样说
　　2、参考消息：外媒关注：中国计划2033年载人登火星
　　3、科技日报：美载人登陆火星：2033年不可能
　　4、观察者网：载人登陆火星三步走，中国科学家打算这么干
　　5、王小军：《载人火星探测航天运输系统》演讲
　　6、《载人深空探测》科学出版社
　　7、腾讯网：定了！12年后，我国将完成载人火星探测任务，将在火星建立基地作者：一寸虫奇闻
　　8、百家号：我国要在2033年载人登陆火星？别被标题党给误导了作者：失落代号
　　9、百家号：时间锁定2033年，中国官宣载人登陆火星计划，美国宇航局也有想法作者：鼎清视界
　　10、腾讯网：中国载人登火计划曝光，要大力发展火星基建，打造大规模地火舰队作者：星环视角
　　11、百家号：我国计划2033年后载人登陆火星，美国想要跟进，但力不从心作者：钟铭聊科学
　　12、新华社：国家航天局：2030年前后实施火星取样返回任务
　　13、大洋科创：中国披露超重型火箭全新方案，未来载人登月登火大主力，助中俄一飞冲天
　　14、科技日报：牛背上走下来的火箭总师，和香港青年聊起两件事。。。。。。
　　15、新华社：长征九号重型运载火箭研制取得阶段性成果有望在2030年前后实现首飞
　　16、国家航天局：小行星探测任务有效载荷和搭载项目机遇公告