從月球到火星，美國人探索宇宙的腳步從未停下
作者 | 過客
出品 | 本站科技《知否》欄目組（公衆號：tech_163）
從1961年到1972年，美國通過阿波羅任務實現了六次登月，阿波羅任務也被譽爲世界航天史上具有劃時代意義的項目。對於全體人類而言，成功登月也讓我們成爲全新的“跨星球”物種。
美國探索宇宙的野心並沒有因爲這一成就而結束。接着，他們把目光瞄準了火星，這顆距離地球數千萬公里的紅色星球。
爲什麼選擇火星？
探索火星實際上有多個原因。
一方面，火星是除了金星以外距離地球最近的行星，它可以說是太陽系中人類最容易到達的地方。現已經有超過30枚探測器到達過火星，它也成爲除地球以外人類瞭解最多的行星。探索火星也讓我們有更多的機會了解生命的起源和進化。
圖2：探索火星有着諸多好處
從實用性的角度來看,火星在整個太陽系中是獨一無二的。它的地質多樣且複雜，而且氣候的演變與地球具有相似性。火星赤道平面與公轉軌道平面的交角非常接近於地球，這使它也有類似於地球的四季交替。與此同時，火星的自轉週期爲24小時37分，幾乎和地球上的一樣長。所有這些都讓它充滿了巨大的吸引力，而且它有可能成爲人類的“第二故鄉”。
此外，科學家認爲，太陽系科學中的許多關鍵問題都可以通過探索火星得到答案。而且探索火星的努力也有助於激勵下一代探險者，並極大地擴展人類對宇宙的認知。
從戰略意義上來說，美國是想要通過探索火星，擴大並牢牢佔據太空探索的領導地位。目前，太空探索領域已經並非美國一家獨大，包含中國在內的各個國家已經崛起並開始挑戰美國的領導地位。
上世紀六十年代，美國開始探測火星
早在1994年，美國宇航局（NASA）就宣佈啓動火星探測計劃（MEP），也就是當初的火星勘測者計劃。而且NASA將MEP實施的主要任務交給了噴氣推進實驗室（JPL）。
圖3：NASA的MEP項目
當然，這並非美國首次對火星“下手”。早在1964年，美國先後向火星發射了兩枚探測器：水手3號和水手4號。水手3號是美國發射的第一枚火星探測器，但卻以失敗告終。水手4號則成爲有史以來第一枚成功到達火星併發回數據的探測器。
1971年，美國再次向火星發射了水手8號和水手9號。前者在發射升空過程中因火箭故障墜入了大西洋，後者則成爲有史以來第一枚成功進入環繞火星軌道的探測器。1975年，NASA的維京號項目成爲首個將飛船安全降落在火星表面併發回表面照片的項目。
事實上，在上世紀六七十年底，並非只有美國在不斷嘗試着探索火星。當時前蘇聯與美國的太空競賽異常激烈，但遺憾的是，前蘇聯的火星1號一直到火星7號，要麼失敗要麼失蹤，都沒能取得實質性的進展。
不斷升空的火星探測器和探測車
美國的火星探索進程並非一帆風順。
1992年9月25日，遭遇了多次推遲的火星觀察者號探測器最終發射升空，踏上前往火星的旅程。但在1993年8月21日，當它準備點火進入環繞火星軌道時與地球失聯。
1996年12月7日，火星環球勘測者號探測器發射升空，這枚探測器持續工作了10年，最後在2006年11月5日失聯，它是美國最成功的火星探測任務之一。
圖4：火星車拍攝的火星表面照片
1996年火星拓荒者號發射升空，1997年7月4日在火星表面着陸。它實現了歷史上第3次在火星表面軟着陸。它攜帶的索傑納號火星車，是人類送往火星的第一部火星車。火星全球探勘者號與拓荒者號同年升空，它拍攝的火星照片證明了液態水的存在。
2001年的火星探測衛星奧德賽號發射升空，它的主要任務是尋找水與火山活動的跡象。
2002年11月4日，美國航空航天局與樂高合作，舉行“爲火星車命名”的競賽。最終勇氣號和機遇號兩個名字脫穎而出。2003年，美國宇航局將勇氣號和機遇號兩輛火星車送往火星，對火星這顆行星進行實地考察。
2007年，耗資四億兩千萬美元的鳳凰號火星探測器發射升空。鳳凰號的目的是尋找火星北極土壤中可能存在的生命特徵，對淺層地下的水冰進行研究。但它在2008年與地球失聯。
隨後在2009年，NASA與麻省理工學院合作的火星科學實驗室啓程前往火星。它所配備的技術和設備足以讓在火星上工作的雙胞胎火星車勇氣號和機遇號相形見絀。
圖5：好奇號火星車
2011年，美國當時最先進的火星探測器好奇號發射升空，它的主要任務是探索火星是否有生命存在的跡象。由於好奇號重達1噸，工程師們大膽創新，並未採用勇氣號和機遇號降落傘配合氣囊彈跳的降落方式，而是使用了一種類似UFO一般的噴氣式懸浮平臺。
NASA：2030年代，人類將登陸火星
2004年1月，美國當時的總統布什提出了“新太空計劃”:2020年前重返月球並建立永久性基地，同時派宇航員登陸火星，但他並未公佈具體的登陸日期。
2017年，特朗普簽署“1號太空政策指令”，宣佈包括重返月球、登陸火星和深入探索太陽系在內的宏大計劃。爲此，美國重新組建了國家太空委員會，副總統彭斯出任主席。特朗普也多次在推特上表示，NASA應直接開展載人探索火星行動，並在未來幾個月公佈相關計劃。
圖6：特朗普簽署“1號太空政策指令”。
同年，在印度南部城市海得拉巴舉行的第58屆國際宇航聯合會大會上，美國宇航局前局長邁克爾·格里芬聲稱準備在2037年把人類送上火星。但在美國航天局2020財年預算請求聽證會上，NASA現任局長吉姆·布里登斯廷確認，美國計劃在2033年將宇航員送上火星，並在火星上生存2年。
對於探索火星，想爭第一的可並非只有美國宇航局。SpaceX、波音等各大航天企業也在私底下進行着較量。波音公司負責人丹尼斯·米倫堡曾在接受採訪時非常明確地表示：“第一個踏上火星的人將乘坐波音飛機飛往那裡。”
丹尼斯·米倫堡的聲明遭到競爭對手SpaceX的埃隆·馬斯克的諷刺。他聲稱，“波音將在火星登陸競賽中擊敗SpaceX”的評論聽起來就像是波音自己在說給自己聽，這是在自欺欺人。
當然，對於埃隆·馬斯克而言，他的夢想可不僅僅是把人類送上火星，他甚至還想改造火星大氣，把火星改造成爲一顆適宜人類居住的星球。
圖7：SpaceX創始人埃隆·馬斯克
馬斯克最初是在一檔電視節目期間表示，想通過核彈對火星進行加熱。而且他並沒有開玩笑，2019年他還在推特上詳細公佈了這一計劃。馬斯克還揚言將建造1000艘星際飛船用於火星旅行。
雖然馬斯克對火星計劃充滿了期待和信心，但是他曾承認自己可能無法親自實現火星計劃，原因是技術的發展有點差強人意。馬斯克曾多次呼籲加速技術研發，他甚至宣稱，如果技術成熟的話，他有七成概率會親自登陸火星。從目前來看，如果不是嘴上說說的話，馬斯克的夢想很有可能實現。
可以肯定的是，當NASA以火星爲目標時，美國的各大私人航天企業並不會把目標僅僅侷限於月球，火星競賽已成必然。
地球集訓——體驗難熬的長途宇宙飛行
早在2003年，爲了給載人火星飛行做初步考察準備，美國宇航局、歐洲航天局和法國太空局的科學家們在南極洲進行多種“人類適應太空”實驗。這是因爲往返火星需要長達2年的時間。長時間的與世隔絕、孤獨和無助可能衝破宇航員的心理防線，導致他們精神錯亂。
爲此，美國宇航局專門打造了HI-SEAS火星模擬基地。因爲專家們認爲，如果想真正瞭解宇航員可能遭遇的心理挑戰，唯一的方式就是讓他們置身與火星類似的極端環境。經歷過模擬測試的人員都深深體驗到了宇航員的孤獨與寂寞。
圖8：HI-SEAS火星模擬基地內景
充當火星任務踏板的月球基地
在美國宇航局的計劃中，並未打算從地球直飛火星，而是以月球基地或者空間站爲中繼站。當然，這兩者都還在準備當中。美國人尚未完成重返月球的目標，因此月球基地也只能是未來的一個夢想。但以月球基地爲中繼站的想法是深得人心的，因爲月球極地存儲的水冰完全能夠製造未來的火箭燃料。
美國宇航局在2017年提出，計劃在月球軌道建立一個永久性基地，也就是深空網關。它將作爲未來太空探索的訓練場地和技術實驗場地，旨在爲人類登陸火星或其它星球做準備。這個基地就像一個機場，飛往月球表面或火星的飛船可以在此加油、更換零件或者補充補給。
圖9：未來的月球基地
強大的運載火箭是人類前往月球乃至火星的基礎
運載火箭是人類擺脫地球引力前往火星的基礎，它也是整個人類航天最爲重要的基礎，它的能力往往決定一個航天企業以及一個國家航天探索能力的上限。
2015年，美國航空航天局傾力設計的太空發射系統SLS通過了專家審議，意味着人類歷史上最龐大、最強大的火箭終於邁出了關鍵的一步。
SLS系統是美國航天飛機衍生出來的重型運載火箭。它是美國宇航局的“深空探測計劃”的一部分，未來將肩負載人火星和載人月球任務。SLS火箭類似於戰神IV火箭，但其總推力比將超過此前最大的土星五號，它也將成爲美國最強大的運載火箭。
圖10：SLS發射系統將肩負火星和載人登月任務
美國開啓新的火星探測任務
2017年，美國宇航局公佈全新一代火星車“火星2020”，也就是現在的毅力號火星探測車。不久的將來，這臺擁有23只“眼睛”的火星車，將執行火星的全景觀測任務。這23個相機中，包括7個科學相機以及7個降落着陸用的輔助相機，以及9個工程相機，它們能夠幫助火星車避免火星上的障礙物。
圖11：毅力號火星探測車
無論是哪個國家最終成功登陸火星，都意味着我們人類在宇宙活動範圍的增加，也意味着我們將揭開宇宙越來越多的面紗。（過客）
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