我们为什么要去火星？(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：[美]彼得拉内克

出版社：中信出版社

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我们为什么要去火星？试读：

尽管写火星和星际旅行的读物并不鲜见，但这本8万字的读物所展现的严肃的思考、开阔的视野和精准的表达都是常见科普读物难以企及的。

本书将相当的笔墨都着色于两位已经并将会继续对人类生活产生重大影响的人物：科学天才冯·布劳恩与被称为“来自未来的人”的埃隆·马斯克。通过他们对人类探索火星历程的卓越工作和超凡勇气的生动描述，天成一部人类探索火星的简明百科。北京师范大学天文系 张保洲

从1609年伽利略首次用望远镜观测星空，人类就开始将目光对准了浩瀚的宇宙。1952年，“导弹之父”冯·布劳恩出版了小说《火星计划》，大胆提出登陆火星的设想。如今，这本《我们为什么要去火星？》的出版，让我们看到人类从未停止过太空探索的步伐，更不缺少征服太空的勇气。中国科学院国家天文台 姜晓军前言梦想

这是一则预言：

2027年，经过243天漫长的宇宙航行，两艘分别名为“猛禽1号”、“猛禽2号”的宇宙飞船将抵达火星。在“猛禽1号”降落的历史时刻，预计将有一半以上的地球人会观看实况转播，大部分人聚集在户外大型液晶屏幕旁屏气凝神。由于地球和火星相距遥远，这一重要时刻的转播信号会有20分钟的延迟，所以地球上的人们看到的影像，其实来自于不同的时间和空间：在人们看到宇宙飞船降落地表的那一刻，如果稍有闪失，4名外太空宇航员可能已经殒命火星了。

但如果一切顺利的话，那么将近10年的翘首以待会在这一刻成为现实：伴随着冲击气流激起的红色尘埃，宇宙飞船缓缓地向火星地表降落。当全世界的观众都在焦急等待之时，新闻播音员带领观众回顾多年前曾震惊世界并让美国宇航局蒙羞的紧急会议。在那次会议上，推动这个非政府火星探测计划的公司宣布：他们将建造一系列巨型火箭，用以执行载人登陆火星计划，并将在10年内发射其中的1～2枚，将电影《火星救援》中的火星登陆变成现实。当时美国宇航局预测至少还需要两年，才能进行火星探测飞船的载人飞行实验。

随着“猛禽1号”在火星赤道附近一个巨大陨石坑的降落，宇航员已经提前在做着登陆的准备。时间宝贵，如果第一次登陆尝试顺利的话，“猛禽2号”将带着更多的探险者在几个小时之内抵达。宇航员们的首要任务是在火星上建造一个营地，拆卸飞船带来的大量货物。他们还必须将“房子”充好气，这些“房子”是一些由特殊材料制成的半球形压缩帐篷，这将是他们在火星上的临时生活场所以及培植作物的温室。

火星和地球在很多方面比较相似，例如地形。火星的地形与地球南极洲干谷和夏威夷火山附近的高山荒漠极为相像。而在其他诸多方面，火星则是一个充满了挑战性的星球。尽管火星上的一天只比地球多39分钟25秒，但火星的一年长达687天，所以每个季节的长度都会比地球增加一倍；由于火星的公转轨道是椭圆形的，这使得火星上从冬季到夏季的季节变化非常极端，并且南半球夏季虽然相对温暖，但冬季比北半球更冷。因此，火星的移民们打算在火星赤道附近建立两个基地：在南半球建立一个夏季基地，在北半球建立一个冬季基地。

但眼下，这批首次登陆火星的地球人必须马上着手开始他们最紧要的任务：在24小时内找到水源。他们必须查证，火星表层土壤（风化层）里是否如美国宇航局的探测器所勘探的那样，蕴藏着大量水源。因为，宇航员不仅需要给身体补充水分，还需要通过水来产生呼吸必备的氧气。为了方便寻找水源，宇航员们专门选择了美国宇航局曾探测到的覆盖着平滑冰层的一个陨石坑作为降落点。而如果这些平滑物质不是固态水，他们就需要在附近找到一个风化层中含有较高水分的地点。若在火星地表不能找到符合要求的水源，宇航员们将利用地面穿透雷达（SPR）寻找地下水，并进行钻取。

在下一批宇宙飞船到达之前（大约两年以后），宇航员们必须搭建一些坚固耐用的建筑物，建筑材料可能是由火星风化层制成的砖。尽管当天是个晴天，气温约有10℃，相对温暖，但随着黑夜的降临，气温会急剧下降，使得人们如同置身于天气恶劣时的地球南极。由于降落点位于火星赤道附近，宇航员们可以享受到相对温和的气候，夏季最高温度可以达到21℃，但夜晚的温度仍然经常低至零下37℃以下。因此宇航员们需要建筑物来抵御严寒，同时隔离太阳射线的伤害——火星稀薄的大气层几乎起不到抵挡辐射的作用。

如果宇航员们运气不佳，诸事不顺，例如找不到优质的水源、太阳光辐射比预期强烈、某个飞船在降落过程中损伤严重，宇航员们将休养生息，等待一个合适的发射窗口，开启返回地球的漫长旅程；否则，他们将只能永远留在那里。

首批火星探险者在远离家园4亿千米、几乎没有任何生存条件的星球上进行艰难的探索，就像人类的历代先祖一样，翻越高山，横跨大海，去开创新的生活。并且这些宇宙先驱的探索在各个方面都有着比历代先祖更加重大的意义——他们在火星的出现，代表了人类智慧的最高成就。

任何观看了1969年尼尔·阿姆斯特朗登陆月球直播的人都会告诉你，那一瞬间，仿佛整个地球都静止了。这一壮举带给人们的震惊是如此不可思议，以致有一些人认为那只是好莱坞的布景表演。当阿姆斯特朗的脚步踏上月球，人们开始说：“我们连月亮都可以上去，那么任何事都难不倒我们。”他们的意思实际上应该是，我们可以在地球或者地球附近的空间完成任何事。而登陆火星则有着另一番重大意义：如果我们能登上火星，人类将能到达任何我们想去的地方。

火星登陆将使得像《星球大战》、《星际迷航》这样的科幻电影开始接近现实。火星登陆的成就也将使土星的卫星、木星的卫星变成人类可开发之地。人们甚至可能会掀起一场超过加利福尼亚“淘金热”的掘金狂潮。不管好与坏，重要的是，它极大地拓展了人类的视野，使我们可以摆脱地球重力的束缚自由想象。人类在火星的第一个足迹，无论是在科学技术、哲学还是探险等领域，都有着史无前例的重大意义，因为这意味着，人类将不再是单一星球的生物。

首批探险者们的尝试只是这个宏大计划的开端。我们不但要造访火星和建立基地，还要将火星改造成与地球类似的生存环境：我们将改造火星以二氧化碳为主的稀薄大气层，将氧气含量提高到人类可呼吸的浓度；我们会将平均气温从零下63℃提高到温和的零下7℃左右；我们将使干枯的河床和湖泊重新充满流动水；我们将培育可以在火星高浓度二氧化碳环境中生长的温带植物。这一庞大的工程可能会持续上千年，但一旦成功，人类就将拥有地球之外的第二家园，一个崭新的未来疆域。正如人类曾经发现过的那些新大陆一样，改造后的火星将在资源条件、生活水平和吸引力方面超过地球本土。

这些宇宙先驱们开启的是一段对于未来意味深远的旅程，他们更加重大的使命是建立起一个维持整套火箭发射系统的星际社会。在火星低重力的条件下火箭发射相对容易，人类将有机会到太阳系之外更为遥远的空间去旅行。

这些火箭在不久的将来降落火星的一刹那，对于太空探索来说将是一个无比重大的时刻。这相当于开启了一份对人类未来的保险。人类在地球的生存环境面临着一系列重大威胁：生态破坏和核武器战争；任何一颗小行星的偶然撞击都可以毁灭地球上的大多数生命；而最终，当太阳寿终正寝、膨胀成红巨星的时候，整个地球都会被毁灭。在所有这些发生之前，人类必须成为具备星际旅行和生存能力的物种，我们不仅需要具备在另一个星球上生活的能力，最终还必须具备在另一个星系生存的能力。火星的首批移民将是人类能够幸存的希望。他们的小小营地将发展成定居点，甚至迅速繁衍出新的物种。运送他们的火箭也将被迅速成规模地制造。在几十年内发展5万名以上可以自行繁衍生息的火星居民，这是人类的首要目标。这样就算地球上的人类灭绝了，他们仍将继续守护人类的共同财富和成就。

事实上，早在30年前我们就具备了到达火星的可能性；而在“阿波罗11号”登月的10年后，人类就有可能登上火星。基本上所有登陆火星的条件都已具备，我们只是没有选择去抓住这个机会。

这个失误背后的故事是值得探究的：某位美国总统的一个决定阻碍了星际旅行数10年的发展，而人类可以将几乎所有想象变为现实的能力原本可以在很大程度上启发整整两代地球人——可能早在50年以前我们就应该已经具备了将人类送到太阳系甚至是太阳系之外的能力。

现在，民间火箭研发和制造公司为人类的星际旅行打开了一扇新的窗户。也许不断探险是刻在人类基因里的一种本能。正如记录片《人类起源》中所讲述的一样，人类在6万年前就开始了探险——从走出非洲，到向着地平线不断前行，直到足迹遍布全球。也许探险本就与人类的生存息息相关。但向外探险也导致了殖民地的出现，导致了对异族文化的毁灭和对资源的掠夺。

在火星上定居将比大多数人所预想的要更快实现，并且是以一种不受控制的速度在演进。本书就是一场对我们已经具备开发火星能力这一惊人事实的试验性推演。同时，这本书也提醒我们，这个巨大的机会也伴随着无数的风险，我们必须从现在就开始思考如何应对。第一章《火星计划》

1926年，“现代火箭之父”——罗伯特·戈达德（Robert Goddard）发射了第一枚液体燃料驱动的火箭，发射高度约为13米。不知当时的他能否预见，在101年以后人类就会将足迹印在火星之上。研究的进程是不断推进的，我们可以往回追溯到“二战”期间，一个名叫韦纳·冯·布劳恩的前纳粹军官。冯·布劳恩（Wernher von Braun）拥有过人的火箭研究天赋，正是因为这天赋太过耀眼，引起了阿道夫·希特勒的关注，并最终为希特勒创造了震惊世界的恐怖武器。他基于罗伯特·戈达德的发明所设计的火箭（导弹），成功发射并在伦敦坠毁。但仅仅在先进的V－2复仇者导弹被发射并飞跃北海（大西洋东北部的边缘，由大不列颠岛等多个岛屿围成）4年之后的1948年，时年36岁的冯·布劳恩就和一群德国火箭科学家一起开始了在美国得克萨斯州布里斯堡的战犯生活。

美国军队将冯·布劳恩和他的工程师团队秘密带离德国，并严密监视起来，只有在卫兵的陪同下才能离开美军基地。因此，冯·布劳恩和他的团队只能将非凡的才华用于帮美国研究和建造弹道导弹，以打发时光，但他们依然时常无事可做。所以，作为世界上最先进的火箭研究计划的前带头人，冯·布劳恩决定针对他最爱的主题——宇宙空间探索——写一本书。这本书在相当长一段时间内都未能出版，直到1952年以《火星计划》（Das Marsprojekt）为名在德国出版。紧接着，伊利诺伊大学出版社于1953年出版了该书的英文版。直到今天，这本只有91页的简明手册依然是最具影响力的星际旅行指南。它从未过时，其中的很多内容还发挥着对人类火星登陆计划的指引作用。

冯·布劳恩在书中的设想十分宏大：整个飞行计划将有70人参与，组成一支包括10艘宇宙飞船的舰队，其中3艘货物飞船将不会返回地球。“我想现在是时候来彻底推翻单级太空火箭理论及其鲁莽的星际冒险计划了，”冯·布劳恩写道，“像漂浮在轨道外的温水壶一样的装置永远不可能逃离地心引力飞向火星。”

冯·布劳恩计划在地球轨道上的空间站里建造宇宙飞船，设备和物料将通过46颗可重复使用的三级火箭进行运送。火箭的前两级会降落至地面，第三级则会飞回地球。冯·布劳恩在1948年完成了大部分计算并对未来进行了精准的预测，他预言了美国航天飞船，以及太空开发技术公司（Space Exploration Technologies Corporation）正在努力建造的可重复使用轨道火箭，一种可以在24小时内重新注入燃料并发射的火箭。1953年，冯·布劳恩进一步测算出要在空间站建造和发动这10艘宇宙飞船将需要至少990架摆渡飞机运送物资。

冯·布劳恩的火星旅行计划需要用到一种节省燃料的方法——霍[1]曼转移轨道理论。按照该方法，原本围绕圆形的地球轨道运行的宇宙飞船可以较为容易地启动引擎推进，即“一次燃烧”——逐渐加速并转换为一个近似于火星绕太阳公转的椭圆形轨道，然后与火星公转轨道连结。此后，飞船就以滑行的方式运行而不需要消耗燃料，直到快要接近火星时，第二次燃烧将启动，使飞船降低速度并进入绕火星飞行的轨道。这个过程有点像人猿泰山在从一棵树跳到另一棵距离较远的树上时，需先借助一根长藤蔓荡到两棵树中间，然后借助另一根短一些的藤蔓以选择树枝落脚。这种方法的关键在于精准地把握火星与地球轨道重合的时机。

向火星出发的合适的发射窗口大约每25个月会出现一次，但霍夫曼转移轨道节省燃料的滑行方式需要付出较长的时间代价，一次单程航行就需要8个月时间。大约每隔15年，火星和地球会运行到距离较近的位置，从而可以大大缩减航行时间。现在也已经出现了其他的火星登陆理论，提出了一些节省火箭燃料的方法，包括通过大量燃料的集中燃烧以保持直线飞行，使总航程低于霍曼转移轨道。另外还有一些尚待验证的大胆理论，包括核聚变和核电力推进系统，如果这些方法可行，则可以将单程航行时间极大地缩减到90天以内。

按照冯·布劳恩的方式，宇航员抵达火星之后将不得不进行长达400天的停留探索，以等待地球运行到下一个合适的位置，才能实现再一次霍曼轨道转移并返航。

在《火星计划》被写就的年代，科学家们还远没发现范艾伦辐射[2]带的屏蔽效应（火星附近不存在高能电粒子）、长时间失重、严重的太阳辐射（冯·布劳恩曾对宇宙辐射进行测算）、火星的实际地形以及其他诸多影响因素，但已经对火星大气层密度的退化有了详细估算。苏联在1957年发射了“伴侣号”（Sputnik）人造卫星，比冯·布劳恩书中的预测提前了10年。冯·布劳恩在书中也坦言他并未考虑流星这个不确定因素，但已经意识到长时间失重对宇航员的影响，进而提出将舰队中的飞船用巨缆互相连接，使它们像很多个溜溜球一样，一个绕着另一个旋转，以制造出类似重力的作用。

美国宇航局的“水手4号”在1965年飘过火星时，传回了令人震惊的发现：第一，火星大气层远比科学家们预测的要稀薄，薄到几乎不存在；第二，火星上几乎是不可能有生物存在的。像20世纪60年代的大多数人一样，冯·布劳恩也幻想着火星的地下世界里可能存在着某些外星生物，他甚至在1949年以一种浪漫主义的、老掉牙的小说式笔调，在《火星计划》一书中对想象中的火星文明进行描绘。为了从火星轨道降落到火星地面，冯·布劳恩设计了小空间飞机，由于火星空气稀薄，这些飞机可能无法如愿起飞，但冯·布劳恩已经预想到可能会出现诸如此类的意外困难，并提供了几套后备方案，例如这些飞机的机翼可以根据当时的具体情况选择自行脱落。

冯·布劳恩也考虑到在数月甚至数年的长时间飞行中，飞行员长期幽闭在狭小的封闭空间，可能会产生心理障碍。他设计了穿梭机，让飞行员在去往火星的漫长旅程中可以在飞船之间来回穿梭。在接下来的测算中，冯·布劳恩让载人飞船可以为每个人搭载12吨氧气、8吨食物和13吨饮用水，而且每艘飞船都可以循环利用废水，并回收蒸发到空气中的水分。

在《火星计划》一书的技术附录里，一组关于宇宙飞行中飞船要脱离地心引力所需要燃料的数量统计十分引人注目。冯·布劳恩舰队中的10艘飞船的平均重量约3 600吨，其中有3 200吨都是火箭的燃料。当这些飞船返回地球时，他们的重量将只有原来的1%。《火星计划》一书是冯·布劳恩这位科学天才的思想精华，极富前瞻性。但遗憾的是，冯·布劳恩和罗伯特·戈达德的研究领先于那个时代太多，很多人都无法理解，因而无端遭受了很多媒体的负面宣传和批评，甚至受到了当时无法理解他们理论的权威人士的指责。在戈达德指出火箭可以实现人类登陆月球梦想的时候，这条新闻登上了《纽约时报》的封面头条，但同时该报社论文章对戈达德的观点进行了嘲讽。（直到约50年之后，“阿波罗11号”被发射的第二天，《纽约时报》才公开刊登了更正声明。）

当冯·布劳恩在20世纪50年代初期严肃地提出登陆火星计划的时候，一定也被认为是无稽之谈，这种不理解甚至可能来自于科学家和工程师们——向近地轨道的空间站发射成百上千颗火箭以建造10艘星际旅行的飞船，然后由飞船搭载着上百万吨燃料、氧气和食物飞往火星？开玩笑吧！

但冯·布劳恩的计划让很多美国大众为之着迷。《科利尔》（Collier's）杂志连续刊登了8个关于星际旅行的专题，其中就包括了冯·布劳恩对如何登上火星的详细描述。

在冯·布劳恩之前有大量的梦想家曾经对星际旅行进行过严肃的思考，但还没有一个人提出过详细的计划和精确的测算。冯·布劳恩的方案具有完善的飞行轨道设计、完整的公式搭建、详尽的技术图纸和精确的计算过程，他甚至给出了火箭发射日期将是1965年的某一天。他的计划直截了当，切中实际——火星假想旅行与实际登陆之间的最大差别便是切实的努力和投入。

为了更好地理解《火星计划》一书的重要意义，我们可以回顾一下卡尔·萨根（Carl Sagan）写于1985年的科幻小说《超时空接触》（Contact）带给人们的震撼。小说详细描写了人类在来自宇宙未知时空的神秘文明的指引下如何建造宇宙飞船，并最终到达神秘外星世界的故事。对于20世纪50年代早期的人们来说，冯·布劳恩的研究就如同小说中神秘的地外文明一样，指明了人类探索宇宙的方向。而两者最大的区别在于，《火星计划》不是科幻小说，而是一本严谨的科学著作。

20世纪60年代后期，冯·布劳恩因为主持完成了阿波罗登月计划中的“土星5号”火箭而名声大震。由于声望的日渐提高，冯·布劳恩得以迅速说服美国宇航局和美国国会，将火星作为下一个征服的目标。这一次他的计划是发射两艘由核动力驱动的宇宙飞船。他利用所有场合和机会告诉他的听众，登陆火星的发射计划可以在20世纪80年代实现。

但与以往的计划不同的是，冯·布劳恩这一次的计划被摆上了美国总统理查德·尼克松的案头。在阿波罗工程完成之后，美国需要有新的科研计划，但冯·布劳恩的火星计划最终败给了航天飞机研究计划，原因之一是军方和情报机构认为航天飞机对于发射和修复间谍卫星具有十分重要的作用。尽管美国宇航局的行为看起来一向是透明和公开的，但在1982～1992年这10年间，他们进行了11次秘密的航天飞行任务。大部分飞船的研发都是由军方和情报机构的需求驱动的。尼克松总统还决定终止冯·布劳恩的“土星5号”火箭——有史以来规模最大、最完善的载重火箭的研究。没有了强有力的火箭推进宇宙飞船，星际旅行的研究也只能就此停步不前。如果美国当时选择了火星计划而非航天飞机，也许美国现在已经在火星建立了永久基地。冯·布劳恩明白，他和美国宇航局前进的方向已经不再相同，因此于1972年从宇航局退休。

直到《火星计划》一书出版了62年后，我们对火星的了解才因为“好奇号”火星探测器所传回的一组照片而有所增加。“好奇号”于2012年降落至火星表面，开始探索火星的地表情况。如果美国宇航局和尼克松总统当时更加认真地对待冯·布劳恩的提案，现在的情况就可能是由宇航员驾驶着“好奇号”探测车在火星上穿梭。

航天飞船项目使美国的宇宙探索进入了长期而缓慢倒退的过程，让研究机构陷入了一种缺乏探索方向与激情的空虚状态，即使美国人民不一定明显感觉得到。征服不同星球的激动变成了没有观众的太空行走。美国宇航局聚焦在一个对星际旅行推动作用甚微的过时的火箭研究计划上，飞行计划屡次失败，即使成功了也面临哪儿都去不了的窘境，直到有了宇宙空间站可以与之对接。该计划仅存的理由是可以向国际空间站（ISS）运送宇航员和货物，而国际空间站项目本身实质上也是个用处不大的傻大个儿。

备受尊敬的英国皇家宇航员马丁·里斯（Martin Rees）伯爵，对国际空间站项目几乎没有正面评价，他曾说：“没有人会在意国际空间站上进行的研究，那些成果仅仅能值回一小部分成本。它存在的主要意义在于保持载人太空研究能够继续，看看人类在太空中要怎么生存和工作。而在这个领域中，最积极的发展成效来自于私人企业，他们用远低于美国宇航局及其常用供应商的成本推进着太空科技和火箭的发展进步。”

美国宇航局浪费的大把时间，以及对其供应商高成本运作方式的纵容，给了私人企业超越它们的机会。美国宇航局135个航天飞行任务的平均科研成本每架高达1亿美元。理应有人可以比美国宇航局做得更好、更快、更省。而这样的人已经出现了，也正是他们，使得人类离登陆火星的梦想又近了一步。

[1] 在太空动力学，霍曼转移轨道（Hohmann transfer orbit）是一种变换太空船轨道的方法，途中只需两次引擎推进，相对节省燃料。德国物理学家瓦尔特·霍曼于1925年出版了相关著作。——译者注

[2] 范艾伦辐射带，指在地球附近的近层宇宙空间中包围着地球的高能辐射层，由美国物理学家詹姆斯·范·艾伦发现并以其名字命名。范艾伦辐射带分为内外两层，内外层之间存在范艾伦带缝，缝中辐射很少。——译者注第二章伟大的私人太空开发竞赛

航天事业似乎一直都是各国政府才会涉足的领域，因为需要耗费巨额的成本。波音和洛克希德·马丁公司这样的企业之所以会产生，主要由于来自美国宇航局和美国军方的大规模的、成本高昂的订单。直到30年前，3个成功的商人在哈佛商学院聚首，并决定合作开展火箭制造和卫星发射领域的生意。作为开端，他们成立了美国轨道科技公司（Orbital Sciences Corporation），该公司设计完成了一枚独特的带着机翼的三级火箭，人称“飞马座”。“飞马座”被挂在一艘巨大的喷气式客机下面，由客机将它带到12 192米的高空，以提供一种相对便宜的推进方式进入轨道。“飞马座”一共完成了42次发射任务，仅3次失败，创造了杰出的发射成功率记录。轨道科技公司借助“飞马座”成功地奠定了自己的地位，打开了设计、建造火箭和卫星的市场。轨道科技公司一共为电信业巨头、各国政府以及美国宇航局建造和发射了成百上千颗卫星和探测器，其中的一部分搭载着改装的洲际弹道导弹（ICBMs）。近年来，得益于美国宇航局的订单、技术建议和鼓励，轨道科技公司建造了一枚名叫“天蝎座”的火箭和一艘名为“天鹅号”的无人宇宙飞船，成功完成了对国际太空站的补给任务，成本不足常规宇宙飞船的一半。轨道科技公司通过这些业务创造利润，后来与另一家宇宙飞船制造商ATK公司合并，合并后的公司“轨道ATK”（Orbital ATK）在纽约证券交易所上市。

就在轨道科技公司建立其商业王国的时候，马丁玛丽埃塔公司（Martin Marietta Materials）一位名叫罗伯特·组布林（Robert Zubrin）的航天工程师已经对人类在火星登陆上的拖延有些等不及了。罗伯特·组布林对于如何将火星改造成适宜居住的环境进行了长期而深入的思考，并且辅以大量的计算——这使他的研究更加严谨，更具有说服力。与冯·布劳恩一样，他断言，人类已经具备登陆火星的条件了。他的提案——《火星指南》（Mars Direct）陈述了一个经济的、便捷的人类登陆火星行动大纲。罗伯特·组布林的提案引起了美国宇航局的兴趣，但实际行动一再被推迟。因此，组布林写了一本名叫《赶往火星》（The Case for Mars）的书来详细阐释他的计划，并于1998年转而向火星协会（the Mars Society）寻求支持，以开展他的计划。

在更近一些的时候，荷兰人巴斯·兰斯德洛普（Bas Lansdrop）和阿尔内诺·韦尔德斯（Arno Wielders）成立了非营利组织“火星一号”，并发布了去往火星的单程探索计划。按照计划，他们将在2025年着陆（经过前期的货物飞船、居住设施和探测器降落程序）。该组织计划通过出让转播授权以筹措经费，但他们除了缺少实现计划的火箭或宇宙飞船以外，也只取得了来自洛克希德·马丁公司的一个订单，而且是为了研究该计划的可行性。

随后丹尼斯·提托（Dennis Tito）以支付俄罗斯政府2 000万美元（据报道）为代价，成为首个实现太空旅行的个人参与者。他的非营利组织“火星激励基金”，乐观地计划着在2021年向火星发射一艘载有一对夫妇的小型宇宙飞船——可能是乘坐由太空探索技术公司（SpaceX）为国际空间站所研发的“龙二”宇宙飞船。如果计划成功的话，这对夫妇将需要在狭小的航天舱里待一年半的时间，这也正是“火星激励基金”要挑选一对夫妇来完成任务的原因所在。要战胜漫长旅程中的绝望情绪和孤独感，用提托的话来说就是“需要有可以拥抱的人在身边”。“火星激励基金”希望争取在2018年进行发射，因为火星与地球距离相对较近每隔15年才出现一次，这样往返的旅行时间能控制在501天。飞行将只利用一次轨迹燃烧推进，然后飞船通过滑行到达火星，并弹射返回地球。但该组织还没有找到可以实现这一任务的火箭。（美国宇航局的“太空发射系统”火箭在2018年或许可以实现从地球将宇宙飞船送上火星的任务，但遗憾的是他们没有兴趣参与此项任务。）提托的备用方案是在2021年进行发射，并在金星附近弹射进入火星将经过的轨道。

亚马逊总裁杰夫·贝佐斯（Jeff Bezos），谷歌公司联合创始人拉里·佩奇（Larry Page），微软联合创始人保罗·艾伦（Paul Allen）以及传奇的企业家和冒险家理查德·布兰森（Richard Branson）爵士都在斥巨资以各自不同的形式参与这场私人企业的太空竞赛。企业家们目前的大部分努力还像美国曾经的西部开发一样狂热却混乱无序，只不过这一次人们要征服的不是西部荒野，而是太空。尽管有众多企业都在尝试将人类送往火星，但在美国宇航局开始重视这一领域之前，目前只有一家公司有希望可以使人类登上这颗红色星球。正如韦纳·冯·布劳恩和“阿波罗11号”的关系一样，当载人航天飞船在2027年登陆火星的时候，我们也会看到埃隆·马斯克（Elon Musk）对火星登陆的影响，因为那位登上火星的宇航员的制服上极有可能是印着“SpaceX”的标志。

马斯克无疑是我们这个时代眼光最长远的企业家。在放弃斯坦福大学一个博士生项目7年之后，他卖掉了自己参与创办的贝宝（Paypal）和Zip2（一家网络企业信息黄页公司）两家公司中的股份，据报道，他赚了3亿2 400万美元。2002年，他将一部分钱投资建立了太空探索技术公司；随后，他又和其他人一起联合创立了特斯拉汽车公司，一个有望改变整个汽车产业的公司。他是一位虔诚的环保主义者，也是太阳能的极端拥护者——他的特斯拉汽车理论上可以由太阳能驱动。2013年，马斯克提出了一种名为“超级高铁”的独特交通运输系统，通过在真空管道中运行，缩短运输时间，计划主要运用于公共运输领域。超级高铁列车可以将洛杉矶和旧金山之间的旅[3]行时间缩短至30分钟。

在看到美国宇航局越发将重心放在一些无关紧要的问题上时，马斯克毅然成立了太空探索技术公司。和冯·布劳恩一样，马斯克也是[4]一个外来移民，只不过他是来自于南非和加拿大。马斯克和冯·布劳恩都是完美主义者，并且马斯克对于自己所认准和决心要做的事情十分笃定。就像冯·布劳恩当初所面对的一样，在马斯克提出我们必须登上火星时，似乎没有人意识到他是认真的。克服所有的反对意见和困难后，他使不可能变成了可能：他为太空探索技术公司募集到足够多的资金，并使它保持顺利运作，不断向前推进，即便是在该公司研发的前三枚火箭都发射失败的情况下。一路走来，他提出了一个真正的革命性问题：谁还需要靠美国宇航局才能登上火星？

马斯克建立私人火箭公司，只有一个原因：“建立太空探索技术公司的目的是积累建造火箭的技术力量，并最终在火星上建立一个能实现自我可续运转的永久性基地。”他在2014年5月如是说。让我们稍作停顿，来仔细看一看马斯克公司的名字——“太空探索技术公司”。请注意公司名称中的“探索”一词。正如他的前辈冯·布劳恩一样，马斯克也十分推崇人类应该发展成为存在于星际之间的物种。他敏锐地意识到，地球不可能永远保持适宜居住的环境。马斯克对于人类一再否认对地球环境的破坏感到沮丧，并且一早就清醒地意识到：如果不找到地球之外的栖息地，人类终将灭绝。

埃隆·马斯克作为火箭人出现的时间，已经有些迟了。从1969年尼尔·阿姆斯特丹登陆月球到2002年马斯克建立太空探索技术公司的整个期间，星际旅行技术几乎没有多少进展。实际上，用马斯克的话来说，与阿波罗登月计划时期相比，我们的星际旅行技术不仅没有进步，反而倒退了。他说：“我们曾经登上月球，现在我们连月球也到不了。我们非但没有进步，甚至连原地踏步都做不到。美国现在竟然不能将人类送入登月轨道。”

1966年，美国宇航局的预算是联邦政府总预算的4%，如今这一比例仅为1.5%。自埃隆·马斯克涉足航天事业以来，技术发展在10年间以光速推进——为了将人类送上火星并在未来数千年的时间里能够在那里定居。没人知道美国宇航局什么时候才会清醒过来并开始造访火星的计划，但当太空探索技术公司首艘“天龙号”太空船在2012年成功到达国际太空站时，事实变得很明晰——美国宇航局可以做到的事情私人企业也可以完成，甚至可能会做得更好。

[3] 洛杉矶距离旧金山800千米。——译者注

[4] 马斯克7岁时离开南非去加拿大求学，21岁转学到美国。——译者注第三章棘手的火箭

2015年6月28日，太空探索技术公司所研发的一枚火箭刚刚脱离发射平台就爆炸了，埃隆·马斯克苦笑道：“火箭真棘手。”他的感慨是对的，在所有向火星发射探测器的尝试中，近三分之二都以失败告终。

作为不以为意的旁观者，我们可能会疑惑，为什么我们在50年前就登上了月球，而且看起来并不怎么费力，如今要登陆火星却如此困难？最主要的原因是距离的差别。这两个登陆任务要跨越的距离的差异是惊人的。地球到月球的距离，随月球公转周期在36万千米至40万千米之间变化，地球到火星的距离却是这个数字的上千倍。在2003年，火星与地球在约6万年间距离最近的时候，两者依然相距大约5 500万千米。由于地球绕太阳运行一周需要365天，而火星绕太阳公转一周需要687个地球日，因此它们的运行轨迹并不同步。当两颗星球各自运行到太阳的两侧时，它们之间的距离会变得非常遥远——最远的时候，可以达到大约4亿千米。因此，地球到火星的距离，大约是地球到月球距离的140～1 000倍。

换一种方式来看，人类可以在6天之内往返月球。（尽管利用“土星5号”火箭的强劲动力，一天内我们就可以到达月球，但过快的速度会产生一个问题，宇宙飞船可能会像子弹一样射向月球，而月球稀薄的大气层根本不足以缓冲。）利用冯·布劳恩曾在《火星计划》一书中提到的霍曼转移轨道，就算是以比“阿波罗号”登陆月球时快得多的速度，要到达火星我们依然需要经历大约比地球到月球的距离遥远1 000倍以上的旅程。原因是我们无法搭载足够的燃料以保持直线前进的推进方式。由于缺乏无限量的便捷能源，我们始终需要借助太阳系中某个天体的轨道，因此，我们的飞行轨迹将会是曲线形。尽管太空探索技术公司正在设计更加强劲、有效的火箭引擎，有可能会逐渐缩短地球到火星的航行时间，但在可预见的未来20年间，我们可能还找不到什么有效方法能够将地球与火星之间的单程旅行时间缩短到250天以下。

早期一些相对简单、直接的火星探索任务——仅仅是尝试用探测器经过火星，大多数也以灾难收场。而比这困难、复杂得多的进入火星轨道的尝试，尤其是降落火星实验，则更是成为嘲笑人类在宇宙科学技术上徒劳无功的证据。

在早期的火星探索中，苏联应该尝到了最大的苦头。苏联发射的“火星2号”是人类历史上第一个尝试接近火星地表的人造天体，它于1971年11月到达火星地表附近，但在着陆的时候一头撞上了火星。而苏联随后发射的“火星2D号”（又称“宇宙419号”）探测器，连地球轨道都没能突破，更别提前往火星了。一个月后，“火星3号”探测器成功登陆了火星，但在短短20秒钟之后就停止了信号传回。“火星4号”探测器在航行过程中导航系统出了故障，致使该探测器完全错过了火星，飞向了茫茫宇宙。“火星5号”是苏联火星探测过程中最成功的一个探测器，它成功地进入了火星轨道，并在22次环绕飞行的过程中，传回了约60张火星的图像，然后出现故障停止工作。“火星6号”探测器在1974年3月到达火星附近，并成功发射了登陆舱，但登陆舱在接触火星地表的时候发生爆炸。尽管“火星6号”的登陆舱在着陆过程中依然传回了大约4分钟的火星大气数据，但由于电脑芯片受到损坏，这些数据几乎都不能被读取。“火星7号”同样于1974年3月进入火星轨道，但它发射登陆舱的时间早了4小时，因此也错过了火星。在苏联此前和之后的火星探测史上，还有几次火星探测实验，都以失败告终。1996年，俄罗斯宇航局又发射了“火星96号”登陆舱，但它未能成功逃脱地球重力，最终坠毁于太平洋上。从那之后，俄罗斯似乎不再那么急于挑战在火星探测上的厄运了。

阻止人造天体成功登陆火星的最大障碍是地球与火星之间的遥远距离，这使得信息来回传输时间太长。地球与火星距离最远的时候，从火星发出的无线电信号需要21分钟才能传到地球，反馈信号需要再花21分钟时间返回火星。在紧急情况下，无人宇宙飞船只能借助人工智能进行判断、做出反应，因为已经没有足够的时间向地球寻求帮助。

但火星登陆历史上的所有这些失败，随着美国宇航局“勇气号”和“机遇号”探测器在火星的成功登陆，隐没进了历史的阴影。“机遇号”已经工作了10年，至今还在活跃地进行着火星探索。最近，“好奇号”火星探测车的成功吸引了人们的注意力。“好奇号”于2014年完成了一个火星年（相当于地球上两年）的探测工作，正在准备开展一项更为长期的探测任务。然而，这些探测器至今所到过的范围还比较有限，“机遇号”在从2004年至今的10余年间，只走过了大约42千米的距离；“好奇号”在近3年的探索中只走过了大约十几千米的路程。

暂且放下人类在火星登陆史上的诸多失败，美国宇航局“好奇号”火星探测任务的成功，证明了向火星运载和投放大载荷的设备和物品是可以实现的，这不仅使我们向火星发射载人飞船的计划迈进了一步，也使得货物和补给宇宙飞船的构想更加现实。从运送“好奇号”这样大载荷的探测器到运送载人或载货飞船，只需要在规模、货物投射频率或氧气量方面做一些小的变化。尽管马斯克近期对外宣称，“比较现实的期待是，在2017年进行首次运送一名宇航员进入太空的尝试”，但太空探索技术公司正在完善一架“天龙号”航天器，有望在2016年就完成向国际空间站运送7名宇航员的任务。马斯克曾经开玩笑说，航空偷渡者在日前完成对国际空间站补给任务的“天龙号”飞船上是可以存活的，因为飞船的一部分增压了——它一开始就是作为运送宇航员而非货运的目的所设计的。

目前，俄罗斯的“联盟号”飞船是除了航天飞机之外，唯一一个实现将宇航员运送到空间站并返航的宇宙飞船。它自1966年出现以来，和搭载其进入太空的“联盟号”火箭一起，被认为是历史上最可靠的航天运输工具。它因电影《地心引力》而家喻户晓，国际空间站随时都会保持一艘以上“联盟号”宇宙飞船停靠待命，以作为在紧急情况下的逃生工具。俄罗斯政府在每一位进入太空的宇航员身上的投

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