2020,到火星去


來源:中國青年網   時間:2020-01-01 09:00:36


中青報·中青網記者 王夢影

工程師在火星工作概念圖。美國宇航局網站供圖

從火星上眺望地球的情景。美國宇航局網站供圖

“窗口”將在嶄新的一年里打開。

這是宇宙運行不經意的贈與。今年與之前的46億年一樣,行星繼續在各自的橢圓軌道上圍繞太陽行進。10月,火星和地球將恰好與太陽來到一條直線上,形成“火星沖日”。彼時,兩個永恒的趕路者將達成最近距離。錯過這次照面,要再等780天。

為了把握住更短、更省燃料的旅途,美國宇航局和歐洲航天局的火星探測器將于7月從美國卡納維拉爾角的航空基地出發。過去大半個世紀的18個“火星沖日”年里,全世界有48次公開了名稱的、以火星為目的地的航天任務,成功的不到一半。

今年,飛出窗口去往火星的隊伍中將出現五星紅旗的標識。我們將見證中國第一次真正意義上的行星探索任務。

遠征漫漫

中國自主研發的探測器將搭乘“長征五號”運載火箭,從海南文昌發射基地出發。它將高速沖出大氣層,進入繞地球軌道。接著又多次加速,奔向火星。

旅途漫長,要歷時7個月。近15年來距離地球最近時,火星與我們的距離為5500萬公里。這段路足夠普通民航客機飛上7年,神話里的孫悟空一個跟頭能翻5.4萬公里(十萬八千里),到火星得翻上1019個。

探測器抵達火星后,將狠狠踩下剎車,進入環繞火星的軌道。之后,探測器將分解為軌道器、著陸器和火星車,聯手執行探索任務。據行星科學專家、中國科學院國家天文臺研究員鄭永春介紹,軌道器將環繞火星進行遙感探測,拍攝照片、收集數據;著陸器在隔熱罩的防護下,進入火星大氣層,之后用降落傘等多種技術手段進行減速,最終降落在火星表面;在著陸器到達火星表面后,火星車則會駛出,巡視這片陌生的土地。

因為遙遠,火星表面的航天器無法直接和地球聯系,需要通過環繞火星的軌道器中轉。而地球發向軌道器的信息,也要跨越20分鐘的時差。交流中的每個問題和答案間有一段完全的空白。

鄭永春打了個比方:這些航天及其燃料都需要從地球上帶過去,裝載的東西太重,路程太遠,小貨車就幫不上忙了,需要大卡車。“長征五號”就是一架直上云霄的大卡車,常被昵稱為“胖五”,起飛推量超過1000噸,全長約57米,直徑5米的“腰圍”比長征系列的其他火箭都要雄壯。120噸的氫氧煤油發動機提供了中國火箭能達到的最大推力,全部核心技術都是中國自主研發。

2016年,長征五號遙一運載火箭首飛,出現故障,推遲了兩個小時才出發;2017年,長征五號遙二火箭發射失利,星箭墜入太平洋。一位工程師還記得火箭熄火的那一瞬自己渾身發麻,“心像被撞了一下”。

在趕到2020年的窗口前,“胖五”經歷數次回到原點、尋找問題、解決后再出發。一位女工程師在這期間錯過了孩子的3歲生日,她買了一本《你的孩子3歲了》。孩子的4歲生日過去,那本書她才來得及看了兩三頁。

去年年底,長征五號遙三運載火箭明亮的火焰尾巴一路割開墨藍色的夜,精準入軌,星箭分離。它準備好了。

“我們曾經以為航天不會失敗。”一家中國科幻產業公司的創始人姬少亭說。2013年,月球車“玉兔”搭載嫦娥三號運載火箭抵達月球表面,姬少亭還在新華社供職。她和幾位年輕同事為這臺機器注冊了微博賬號。賬號傳達的概念之一是,“宇宙是黑暗而危險的,航天任務是艱辛而有風險的”。

玉兔和后來的玉兔二號儼然火星車的前輩,但月球探測和火星探測的環境截然不同。據鄭永春介紹,月球土壤顆粒尖銳,月塵帶有靜電,火星不存在這一問題。火星上的大氣則比空氣稀薄的月球表面麻煩很多。它可能帶來塵暴,覆蓋電池板。氣壓和風向無法預測的氣流給著陸器下降增加著不可控的變量。

火星工程探測器系統副總設計師賈陽曾對媒體表示,中國的火星車將有一對“更大、更漂亮”的翅膀,努力對著太陽的方向。它還將“具有較強的自主能力,自主實現環境感知、路徑規劃、科學探測、故障診斷等功能”。

“技術層面上,月球任務與火星任務的共同點很少。”鄭永春說,“但中國探月計劃和火星計劃的承繼性是很明顯的。”

繼承下來的,是人。

不少中國航天探月工程的成員進入火星探索的班底。年輕人曾駐扎在戈壁灘上,利用類似月球表面的環境展開實驗。他們早晚跑步,越跑越遠,直到駐地附近出現了狼。他們拍攝月亮、爬過儀器的小蜥蜴、食堂拉面的大師傅。駐地的大石頭上刻著“望舒”,取自屈原的詩句,意為月亮上駕車的女神。

在鄭永春看來,一次航天任務的背后是成百上千的航天人和他們組成的大國航天系統。它龐大而精細,各個分支互相影響,需要共同合力實現技術指標,需要在確定的時間節點交付產品,不同分支還需要進行聯合調試,確保系統運行順暢。一步出錯則數步延誤,一點成功又帶動多點。它也在一次又一次的遠航中成熟起來,學會啟動更加了不起的旅行,學會處理失敗。

那是一段更長的路。中國火星工程立項于2016年,探月工程則開啟于2003年。“兩彈一星”元勛錢學森說:“系統工程與總體設計部思想才是我一生追求的。它的意義,可能要遠遠超出我對中國航天的貢獻。”那是30年前,中國載人航天“921”工程展開的前一年。

歲月悠悠

美國宇航局每個財年的預算需要獲得國會審批,2020年總計210.2億美元,比前一年減少了4.8億美元。中國航天工程的持續發展戰略經常為鄭永春的外國同行所討論。在好萊塢電影《火星救援》里,“五星紅旗”以破局者的形象出現。當救援陷入僵局時,中國大推力運載火箭“太陽神號”出現了。電影的原著作者是美國宇航局的一名工程師,這本科幻小說則以貼近現實而著稱。

中國的第一次,也將會是世界火星探測歷史上的第一次:一次任務實現軌道器的“繞”、表面著陸器的“落”、火星車的“巡”三個目標。

這一大步,跨過了人類火星探索的60年。上世紀60年代,美蘇爭霸開啟了探索星空的競賽。第一顆進入行星軌道的“衛星斯普尼克1號”升空僅3年后,火星征程就開始了。此后10年里,蘇聯和美國12次嘗試飛躍火星,僅4次成功,拍攝了圖像傳回地球。大多數時候,探測器抵達地球停泊軌道就被困住了。

上世紀七八十年代則在火箭相繼升空的點火聲中度過。在電視機和收音機旁,民眾聽著倒計時,揮舞著小旗幟,一邊嘆氣,另一邊便歡呼。東西世界爭相鑿出星空之路。從“火星2號”到“火星7號”,從“水手7號”到“海盜2號”,形態各異的探測器們沖入火星軌道,有的燃燒在下降路上,有的撞碎在火星表面,有的則突然信號全失。

貫穿于這個時代的還有“銀河系食尸鬼”的傳說,一個巨大貪婪的生物,橫亙在去往火星的道路上,把探測器們都吃掉了。

上世紀90年代始于兩個句號。1991年,蘇聯解體,俄羅斯繼承了火星航天項目,財政危機讓這個項目停滯了5年。1993年,美國宇航局的“觀察者號”失聯,8.13億美元湮滅于深空,差不多是原預算的4倍。美國宇航局提出了新的火星探索指導方針:更快,更好,更便宜。

火星車出場于2000年后。勇氣號、機遇號和好奇號先后踏上火星表面的旅途。它們路過峽谷,巖壁投下的陰影可以長達數百米;它們路過平原,一連數個火星日都面對一望無際的地平線;它們也在顛簸的丘陵艱難跋涉過放射狀的巖石裂縫和流沙。它們穿過塵暴,沙土被拋向離地幾百米高的大氣中,視野所及皆是黃色;它們也經歷過晴朗寒冷的天氣,地球遠懸頭頂,像一枚藍色彈珠。

火星不再是天空中的紅色戰利品,而是一個需要精打細算去接近的科學目標。一位美國宇航局“2020火星計劃”的工程師談及此次與歐洲宇航局的合作,坦然表示:火星意味著花錢,一次任務耗費數億美元,尋找盟友是必然之選。

國家也不再是星海中的唯一力量。商業航天公司發展起來,在這個追求實惠的航天時代,以降低宇宙航行成本為追求。其中,美國的SpaceX公司占據全球發射市場總量的五分之一,藍色起源則在火箭引擎研發上一騎絕塵,他們各自贏得數十億美元的火箭發射合同。

一本描述商業航天的暢銷書寫道:競爭是推動火箭發展的最佳燃料。在這個全新的賽道,競爭的激烈不亞于曾經鐵幕兩端的情況。SpaceX和藍色起源均公布了移民火星的計劃,那是他們勢在必得的下一站。

星海茫茫

2019年11月,在位于河北省懷來縣的地外天體著陸綜合試驗場,我國首次火星探測任務著陸器懸停避障試驗圓滿完成。在模擬的火星約為地球三分之一的重力環境里,著陸器懸停、避障、緩速下降。

目前,尚不能獲知它將降落于火星何處。據鄭永春介紹,著陸的地點與探測器發射時地球與火星的相對位置有關,還需要兼顧科學性與安全性:要較為平坦,不出意外;也要有足夠豐富的研究對象。

這顆紅色行星表面有太多備選著陸區域。它的兩極覆有冰蓋,赤道處密布著細密的河網遺跡,記錄著曾經存在的水文運動。它的山峰比珠穆朗瑪峰還要高兩倍,峽谷比科羅拉多大峽谷還要深,洪水的切割范圍,比地球上任何地方都大得多。

人類曾一度寄望在火星上發現生命。連綴的隕石坑出現在19世紀天文學家的望遠鏡里,一度被認為是某類文明的運河系統。1976年“海盜一號”拍攝的一張照片上,丘陵的光影酷似一張臉。

在姬少亭看來,火星成為星際探索的當紅目的地,也是人類幻想的流行載體。因為人類的孤獨和好奇心。

以它為主角的故事映襯出當年最迫切的欲望。一戰、二戰的夾縫里,火星負責帶來長著觸角或噴出烈火的外星侵略者。一部描述火星入侵的廣播劇曾讓大半個美國陷入恐慌。太空時代到來后,火星成為實現野心的殖民地,描述人類在火星建立社會、發展經濟政治的《火星編年史》和《火星》三部曲成為經典。

姬少亭發現,近10年來,美國和歐洲的主流科幻文學已經很少討論火星上的故事了,作者們更關注“人與人的關系”,比如社會公平正義和個體權利的實現。“這可能源于缺少變化的外部環境,探索的目光自然向內投射”。

與此同時,中國科幻迎來了作品和影視化的爆發。姬少亭覺得,沉浸在不斷向外進發的熱情里,“我們相信自己一定能做成”。中國科學家對火星有著種種現實層面的研究愿望,在地球上與“荒漠化”作戰的中國科學院水生生物研究所研究員劉永定,曾提出想用藻類改造火星,為人類移民“開路”。我國首次火星探測任務工程總設計師張榮橋曾表示,深化對火星演變的認識,可以為保護地球、擴展人類生存疆域進行探索。中國科學院院士、中國探月工程首任首席科學家歐陽自遠則干脆表明,火星完全能被改造為生機盎然的“小地球”,使“地球-火星”成為人類社會持續發展的“姐妹共同體”。

鄭永春多次到達廣西、陜西、安徽、青海的群山深處,為那里的小學生做科普。他去過的學校,硬件和城里的學校相差不多,有新建成的教學樓和電教設備。但一些地方的孩子們告訴他,從未上過科學課,因為沒有老師會教。他們幾乎從未聽說過2020年會在火星上行駛的中國小車。

鄭永春給他們講宇宙。比起城里的同齡人,山里的孩子們很羞澀,不會積極提問,但也極專注,不會頻頻查看手機。他們好奇的表現太過明顯——整個人從眼睛開始發亮。在這群孩子中間,鄭永春的名字正是“火星叔叔”。

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