就在几个月之前,由于火星(Mars)和地球围绕太阳公转的位置变化,使其达到自2003年以来最接近地球的距离。对于某些人来说,这么近距离的接触(好吧,也许3,600万英哩听起来并不是真的那么近),让人不禁又联想到长久以来梦想着征服这颗红色星球的载人探险和可能的殖民计划。
 
然而,正如广受喜爱的著作和电影《火星人》(The Martian),以及即将发行的国家地理(National Geographic)纪录片《火星时代:第2季》(Mars: Season 2)所暗示的,对于火星的这些梦想一直是人类的心愿。在最新一期的Aspencore特别报导中,我们将探索实现这一愿望背后的现实挑战和技术。
 
人类希望将触角从地球延伸到火星的原因有很多。太空企业家马斯克(Elon Musk)认为,成为多行星物种是确保人类长久生存于宇宙的重要一步,许多人也同意这一看法。此外,包括美国地质调查局(US Geological Survey)也正在探索让人类延续在地球之外的外星生命时所能取得的大量资源。
 

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商业太空探索正为可能实现的火星之旅逐步降低成本(来源:SpaceX)
 
这种可预期的好处激发了人们的想象力,但是真正在火星上展开人类探险,还有更实质的利益。近几世纪以来,为了解决一个特定问题而开发的技术以及所花的时间,已经在多种其他意料之外的广泛领域找到新的应用,以符合更实际的需求。这正是我们得以期望采用已开发的相同技术协助将人类送到火星的最佳理由。
 
当然还有很多问题需要解决。例如,我们如何透过这些探险家携带的资源,为预期一整年的旅程或直接在火星上提供一个维持在太空生活的环境?我们如何保护探险队员(及其设备)免于遭受可能的辐射?如何克服各种问题,让探险队员离开火星后能安全地返回地球?
 

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火星,诱人的星球(来源:NASA)
 
那些关注于登陆火星并将其与1960年代登月计划进行比较的人们指出,登陆火星的旅程时间更长了100倍,挑战也更加困难(而且更昂贵)。但是这种比较显然并未将人类在过去半世纪以来取得的知识和技术进步纳入考虑。
 
相较于之前的登月之旅,如今要展开火星之旅的情势已经变得有利了。国际太空站(International Space Station;ISS)向我们传授了很多关于在太空中生活的现实,这些在1960年代只能是各种猜想。现在的智能手机功能比起阿波罗(Appollo)任务中的计算机更强大了数千倍,而且成本也更低。私人企业也在致力于降低登陆太空的成本。
 
自1960年代起用于打造高可靠性电子系统的许多实验和创新技术,现在已经发展成熟甚至成为主流了。例如高度可靠的软件设计和操作系统,已经是现在汽车、飞机、工业和电信系统中的常见元素。计算机系统甚至个人处理器中的硬件冗余也很常见。1990年代的生物圈(Biosphere)实验,教会了我们如何建立一个独立和自给自足的生活环境,进一步的实验也在展开中。
 
此外,目前的研究重点也在解决火星探险的其他挑战。美国太空总署(NASA)的一些计划正致力于探索如何在太空中种植食物(根据研究显示,目前已经可以在火星上种植马铃薯了),同时也找到在火星居住时如何产生可供人类呼吸的空气了。如今正开发中的太阳电池可以从二氧化碳(CO2,火星空气的主要成份)中产生氧气和可燃烧的燃料,预计将能够满足勘探者在火星上生活以及为回程载具供电的需求。
 
此外,为了解决在外星生活的问题,业界陆续开发出其他计划。例如NASA甚至拟定了一项计划,期望减轻侵蚀火星大气层的力量,也许这个星球最终可以变得适合人类居住,不必再仰赖气密避难所。
 
但是,无论这些远大的计划是否能实现,或者即使在另一个世界殖民最终证实超出了我们的资源,在地球上进行这些尝试也极具价值。从拥有轨道太空站所带来的诸多好处,即证实了这一点。为火星探险而设计的技术,也将在落实于其他应用中带来意想不到的好处。例如,太阳能电池不仅可用于从CO2中产生氧气和燃料,同时还可用于储存能量,以及减少导致家中温室效应的气体。
 
通往火星之路既令人兴奋又充满挑战。首先,设计人员需要学习如何处理辐射,并确保软件与硬件执行的可靠性。