人类的目光投向月球、火星以及太阳系……

彭永清

人类的活动区域正向地球之外的太空迅速扩大。作为太空开发的舞台，由美、俄、日、加拿大、巴西和欧空局成员国共同使用的国际空间站（ISS），将于2024年结束使命，各国也开始着手进入太空新时代——从绕地轨道到深层宇宙。作为实现这一目标的基点，世界将目光再次投向了月球。如果能在月球上开发水资源，不仅可以解决宇航员的饮用水问题，还可以制造火箭燃料。这样，人类就能以月球为基地到达火星甚至整个太阳系。

人类50年后重返月球

2017年10月18日，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）宣布，探月卫星“月亮女神”（又称“辉夜”）的电波雷达观测数据表明，月球的地下存在直径约数米的纵向孔洞和孔洞底部东西走向、全长约50公里的巨大坑洞。“月亮女神”科研小组称，巨大坑洞即“熔岩隧道”，或是火山熔岩流出后形成的。如果对纵向孔洞和巨大坑洞进行探查，或许能了解月球在过去是否出现过火山喷发、是否存在磁场，以及能否在巨大坑洞的熔岩中找到水、空气及其他矿物质等重要信息。目前，科学家们认为月球上最有可能存在的是水资源，估计月球南北两极分布有约达60吨的积冰。2017年12月，JAXA与印度宇宙研究机构签署协定，就可能存在积冰的月球两极进行探测。为探究月球的巨大坑洞能否成为人类躲避太空射线和月球表面剧烈温差的据点，美国宇航局（NASA）计划将月球探测器送入其中。在首次登陆月球约50年后，人类在月球表面构建社会基础已提上议事日程。

作为与地球最近的天体，月球是人类首先造访、从中学习如何适应宇宙环境并向更遥远星球出发的基点。但是，与充满空气和磁场的地球相比，月球被众多陨石和太空射线包围。在其赤道附近，最低温度达零下150摄氏度，最高达120摄氏度。不过，“月亮女神”科研小组认为，月球上的纵向孔洞及底部的巨大坑洞或许可以躲避辐射，而且温度恒定。此外，由于巨大坑洞内部表面覆盖着一层硅物质，因此密封性好，如果通过特殊装置将空气送入，就可以让巨大坑洞保持适合人居的空气压力，这样人类还可以将之作为长期进行科学探测的基地。

为何人类会在21世纪的今天再次将目光投向月球？原因主要有三点：其一，月球是人类扩大活动领域的新据点，也是人类探索更远星球（如火星）的基地。其二，人类通过对月球的科学探测来理解太阳系，或能揭开地球和太阳系的起源之谜；而且没有空气且电波无法到达的月球背面是理想的天文观测地。其三，将月球资源作为地球资源的补充，为人类发展提供能源。可以说，这些目标是人类根据过去“阿波罗”等月球探测计划所获得的庞大数据而展开的设想。“阿波罗计划”的数十年后，人类太空输送技术和探测技术显著提高，控制系统、感应器和通信设备等的性能和可靠性都是“阿波罗”时代无可比拟的。而如何更高效、更深入地展开月球探测，则成为人类再次瞄准月球的巨大动力。

人类一度停止月球开发

1969年，美国“阿波罗计划”令人类首次成功登陆月球。在之后的3年时间里，阿波罗飞船先后执行过17次任务，其中6次登月成功，并将12名美国宇航员送上月球。但是自阿波罗登月成功之后，人类在近50年的时间里对月球的探测一直处于停滞状态。究其原因，首先是月球的距离远。人们或许认为月球离地球近，而国际空间站离地球远。实际上，国际空间站距地球仅约400公里，而月球与地球的平均距离在38万公里以上。因此，登陆月球需要克服超乎想象的困难。二是火箭发射难度大。向月球发射的火箭，先要绕地飞行，调整轨道参数后，从国际空间站附近再飞往月球。如果要将搭载可供宇航员待上约两周的设备、氧气、水和食物等的太空飞船送入月球轨道，那么完成这一任务的火箭要比单纯发射国际空间站的火箭庞大数倍。比如“阿波罗计划”中的“土星五号”火箭的重量是苏联“联盟号”火箭（发射至国际空间站）的10倍左右。第三，到达月球的时间长。火箭飞往月球需要多長时间？从地球发射的载人飞船或月球探测器通常都不会走直线，而是沿着大椭圆轨道飞向月球。人类第一颗月球探测器——苏联的“月球1号”——从地球直接飞往月球并从月球上空近6000公里处飞过，用了约两天时间；首个携航天员登上月球的“阿波罗11号”飞船发射后先进入环绕地球飞行的停泊轨道，然后再经过70多个小时的地—月飞行后进入月球轨道，并且在发射后80小时11分进行环月飞行，102小时45分两名宇航员驾驶登月舱在月球表面着陆，阿波罗飞船从火箭点火升空到着陆月球用了4天多时间。到达月球耗时最长的是欧洲宇航局的“智慧1号”月球探测器，它采用了一种称为离子推进系统的先进技术，经多次变轨，在太空中巡游了一年零两个月才进入环月轨道。中国“嫦娥一号”探测器在飞往月球的过程中，先由“长征三号”甲运载火箭送入运行周期16小时的地球轨道，运行多圈后经过轨道机动进入运行周期24小时的轨道，然后通过再次机动进入48小时轨道，在此过程中逐渐抬高轨道高度，最后离开地球进入奔月轨道并飞往月球，飞行110多个小时后到达近月点，还要经过三次减速机动后，最终进入距月球200公里的圆轨道。“嫦娥一号”飞抵月球的时间为14天。第四，巨大的资金投入。要想登上月球，就必须制造出专门的飞船和火箭，这需要花费巨大资金。将航天员送入绕地轨道，跟将他们送入月球所费资金无法相提并论，后者的规模要大得多。目前为止，投入巨额资金实现的目标即载人月球探测。

过去的50年间，人类太空探测的舞台是地球上空400公里轨道环绕飞行的国际空间站。在空间站里，超过100名以上的宇航员一直在进行着有关人类未来太空生存可能性的各种实验，并积累了许多经验。原计划2020年结束使命的空间站在美国的提议下延长至2024年。2010年，美国率先宣布将地球周边的太空探测任务委托给民间企业，发起更高层次的挑战。各国之后也随之响应，纷纷提出了目标为月球和火星等深层宇宙的探测计划。半个世纪前，月球探测是美俄之间为显示国威而展开的竞争，而今探月目的已经不止于此，人类考虑的是如何开发和利用沉睡于月球的各种资源，并将其作为机器人进行宇宙开发的技术实验基地。目前世界各国的月球探测均表明月球上存在含有矿物质的水和冰——在太空中，这些可供人类生存的物质是极其宝贵的。如果能将月球上的水变成宇航员所需的饮用水，就能将氢和氧分解作为火箭燃料使用，或许人类还可从月球上发射探测器至更遥远的火星。另外，人类已经发现月球表面某处的光照时间长达半年以上。由此看来，既可确保能源供给，又在物质运输和通讯等方面具备条件的月球，有望未来成为登陆小行星等的太空飞船的技术实验场、火星探测火箭的开发场地，以及为探测太阳系进行各种新技术实验的场地。

各国瞄准登月目标

目前，各国正掀起重返月球的热潮。2017年10月，美国总统特朗普首次召开国家宇宙会议，副总统彭斯宣布将再次向月球输送宇航员，并构建飞向火星的基地。美国今年将利用SLS重型运载火箭和“猎户座”太空飞船进行月球无人飞行计划（EM-1，即Exploration Mission-1），接着于2020年左右完成该组合的载人飞行（EM-2，即Exploration Mission-2）。该计划具体为：通过首次飞行的SLS火箭将“猎户座”无人飞船送入距月球表面约7.5万公里高的绕月轨道，并在26天至40天的时间里对飞船进行反复测试。无人飞行成功后，再将宇航员送入月球背面进行为期1至3周的往返飞行，最后返回地球。2017年12月11日（45年前“阿波罗17号”宇宙飞船登月的日子），特朗普签署了美国太空政策1号文件。尽管NASA此前就已经公布了2025年之后完成绕月国际空间站的“深层宇宙探测门户”（ DSG，即Deep Space Gateway）计划，但这一旨在月球附近建造拥有居住空间和发电装置等设备的巨大建筑物并将之作为通向深层宇宙的中转站的构想，获得的是政治上的支持。

美国的这一构想与俄罗斯联邦航天局（ROSCOSMOS）的探月计划不谋而合。2016年6月，俄罗斯国家航天集团的研究机构表示，俄罗斯计划于2035年至2040年实施6次超重型火箭探月任务。据俄罗斯中央机械制造研究所称，一子级的超重型运载火箭预计在2035年完成研发，以便向低地轨道运送不少于80吨的有效载荷，进而在2040年之前完成一次重约20吨的“聯邦号”载人飞船进入月球人造卫星轨道的发射入轨任务。俄国家航天集团表示，用于载人探月的一子级需要使用“安加拉”重型运载火箭。一次短期的探月之旅将需要发射4次具有可增加载货能力的“安加拉”A5V运载火箭，而一次长时间的停留则需进行6次发射。考虑到具体燃料成分，所有发射任务将不得不在短时间内进行。因此，东方航天发射场和普列谢茨克发射场都将用于此探月项目。另外，俄罗斯航天员将在2029年乘坐新一代“联邦号”载人飞船执行首次载人飞行探月任务，在首次飞行的前一年进行一次绕月飞行，并对随后用于载人着陆的空间设备进行测试和验证。2017年9月，ROSCOSMOS 与NASA宣布就在月球附近联合开发国际空间站达成一致。同时，作为航天大国，俄罗斯还利用其世界唯一具备将宇航员送入国际空间站的技术独立推进登月计划，比如2030年实现载人绕月飞行和月表登陆；着手月球基地建设和登陆飞船的开发；2019年至2024年陆续向月球发射4个探测器，等等。

继俄罗斯和美国之后第三个将人类送入太空的国家——中国也计划在2025年以后实现载人探月和建造月球基地。2017年4月，中国“长征七号”火箭将无人太空货船“天舟一号”送入太空，并与“天宫二号”实验舱成功对接，这一成功实验为中国掌握空间站食物和燃料补给技术、向最终独立建造国际空间站迈出了坚实一步。2013年，中国“嫦娥号”月球探测器发射升空，其搭载的“玉兔号”月球车对月表进行了首次探测，预计2019年前后还将发射无人探测器从月球采集岩石和土壤样本。中国正在实施将月球上挖掘的核聚变燃料“氦3”用于地球的大胆计划。不仅如此，中国将在未来20年投入总额达800亿美元的太空预算，包括2020年发射火星探测器（从火星上自动采集土壤样本、拍摄火星附近小行星等），以及在2031年至2036年间实现载人探月计划。中国国家航天局表示，如果中国实现载人探月这一目标，将一跃成为世界第一宇宙大国。

印度在太空探测方面也不甘落后。2008年10月22日，印度首颗月球探测器成功发射升空。该探测器携带了美国NASA提供的两部测量仪器，一个是用于调查月球矿物资源的The Moon Mineralogy Mapper（M3），另一个是对月球背面进行测绘和积冰调查的Miniature Synthetic Aperture Radar（Mini-SAR）。印度希望通过这两部仪器所获得的探测数据来更详细地了解月球表面环境，揭开月球起源与地貌成因，以及太阳系的演化对类地行星的影响等谜团。不过，该探测器在进入预定轨道后不久便与地面指挥中心失去联系，该计划因此宣告失败。令人惊奇的是，该设计年限为一至二年的探测器在失联8年后的2017年，竟被NASA使用的70米口径天线发射高能微波束发现，仍在约200公里高的月球轨道上绕行。

日本也在不断推进宇宙开发，以期在人类太空探测中占据一席之地。虽然日本是亚洲唯一参与国际空间站活动的国家，但政府并未提出探月的具体战略。因此，日本文部科学省委员会于2017年11月提出了“国际合作进行月球探测”的目标，认为日本应该参与相关国家的月球同步轨道空间站建设、月球载人探测计划，以及向太空运送物质和月表着陆等的技术开发。就输送技术来说，日本于2013年4月通过大型H2B火箭成功发射了一架无人运输机“鹳”并为国际宇宙空间站补给物资；载人技术方面，日本在国际空间站的“希望号”实验舱正通过各种测试（比如让人适应太空温差巨变、调节飞船内温度和湿度等），来确立在太空中维持生命的必要技术；在着陆和探测技术方面，日本先进的汽车制造技术也将用于月球探测，目前正就可在月球表面砂尘中快速行走的太空车开发项目进行官民合作。

如今的探月计划，已经不再是冷战时代的竞争开发，而是需要世界各国共同努力来实现。人类要再次奔向月球，需要掌握输送、载人、着陆和探测技术。为此，世界各国的宇宙机构要联手共同开发。

人类欲从月球到火星甚至更远

与月球一样，火星表面也被发现存在着纵向孔洞和底部巨大坑洞。只要人类将月球作为奔赴火星或更远星球的前哨基地，就有可能通过技术和经验的积累，在未来亦将火星作为长期进行无人和载人探测的活动基地。科学家们认为，火星地下坑洞内很可能存在生命体或者已经完成进化的场所。其内部不仅能防止陨石坠落、辐射和紫外线伤害，还留有过去火山爆发时产生的热量，甚至有水源。随着火星探测的不断深入，人类或将在那里找到适合各种生物生存的生态系统。

不过，登陆火星并非易事。先要解决的问题就是在月球建立发射基地和中转站，然后则是人类登陆火星须掌握的到达技术、生活技术和返回技术。其中最重要的是生活技术，首先是如何防止火星的强烈辐射——是在地下建造居住空间，还是利用防辐射物质来建造半圆形住宅？在人类尚不具备在月球上长期生活经验的情况下，防止高辐射显然非常必要。其次，人类认为火星上可能存在地下水，但如何获取并利用这些水源也是一个问题。此外，还要解决太空飞船机体的耐热性能这一大问题。飞船在进入大气层时表面温度高达1500摄氏度，因此必须确保舱内温度适宜，才能保证宇航员从火星返回时的安全性。

无论是登陆月球还是更远的火星，人类都必须进行精确设计。这也是许多科学家主张应先在月球表面进行反复而深入的实际验证后再讨论火星计划的原因。而且，由于月球表面实证实验计划需要花费庞大资金，单凭一个国家难以完成，因此必须举全人类之力来攻克这一难关。从月球登陆到奔赴火星生活，这或是人类未来的必经之路。而且，随着人类智慧的不断升级，许多难题都将被一一攻克。未来，充分掌握了空间站技术以及在其他行星上建立居家环境的人类，或许不仅可以在月球、火星，还可能在金星、木星甚至整个太阳系中更长久地生活下去。