第一個個客觀因素就是距離，火星是太陽系中距離地球最近的行星。當然探索任務會由易到難進行啦。

第二個因素是星球組成，木星土星是氣態行星，探測器降落沒有火星這樣的固態行星方便。

第三個因素是所處環境，水星金星公轉半徑小，離太陽太近，表面幾百度。天王星海王星又太遠了，溫度過低…能適應極端環境對探測器的要求又提高了。

最後，火星和地球比較類似，將來如果真的建立星球基地也利用起來更容易一點。

萬一還有其他生物呢

5月15日7時18分，距離地球3.2億千米之外，天問一號探測器成功實現火星表面軟著陸，穩穩落在火星烏托邦平原南部預選著陸區，中國首次火星探測任務著陸火星取得成功！這是中國航天事業發展中又一個具有重大意義的里程碑。

概念圖，天問一號著陸器最後著陸階段（中國國家航天局提供）。天問一號為執行中國首次火星探測任務的探測器，2020年7月23日發射，於2021年2月10日進入環火星大橢圓軌道，預計環繞火星三個月後，著陸器攜帶巡視器進行著陸探測

現代航天學和火箭理論的奠基人康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基曾在100年前說過：“地球是所有人類的搖籃，但人類不可能永遠生活在搖籃裡。”

如果用今天科學家們的研究成果描述，這句話會變得更有說服力：地球的質量約為太陽的33萬分之一，距離太陽約1.5億千米，光速僅需8分鐘即可抵達。而人類目前已觀測到的宇宙半徑，已經達到了465億光年，這是光速用465億年跨過的旅程。由於宇宙膨脹，它甚至遠大於宇宙約138億年的壽命！人類必須邁出這個搖籃。

火星：人類邁出搖籃的唯一選擇

人類文明經過上萬年發展，終於發現地球只是宇宙角落中一個不起眼的暗淡藍點，這裡也是已知宇宙中唯一存在生命的星球。月球是地球的衛星，但它被地球的引力牢牢束縛，那裡只是空寂無比的荒漠。人類邁出這個生命搖籃的第一步，只能是走向最近的行星鄰居，那裡或許有著完全不同的世界。

地球有兩個重要的鄰居行星，金星和火星。金星已被證實是一個常年表面溫度超過460攝氏度、大氣壓是地球海平面90餘倍的惡劣高溫高壓環境，空氣中瀰漫著各類有毒硫化物，幾乎沒有價值探測開發。相較而言，另一個鄰居火星就成為人類邁向跨行星生存物種的下一站。人類未來的行星際基地開發需要至少達到這些條件：充足的水源、空氣、能量、土壤和元素，能庇護生命，易於實施航天開發。火星在這些方面都相當“完美”：

火星水資源可以用“豐富”（當然，相對地球是貧瘠的）一詞形容：火星全球淺層土壤普遍存在2—3%的水分，火星表面在夏季甚至出現液態滷水流動，南北兩大極冠地區蘊藏著超過地球格陵蘭島的水冰含量，火星底部可能蘊藏巨大的液態水湖。對於小規模人口而言，已經足夠。

地球和火星的大小比較，火星直徑約相當地球的一半，與地球同為巖質行星，演化歷史和發展規律類似，除極度缺乏有機物外，其他元素構成與地球條件類似

火星表面大氣密度和氣壓普遍不足地球海平面的1%，接近真空。但這並不讓人絕望，它的空氣中約96%是二氧化碳，極地地區更是一望無際的乾冰，這是人類可以利用的資源。無論是未來農業開發可以作為天然“植物肥料”，還是透過化學反應制氧氣或甲烷等火箭燃料，都將是重要的資源。

火星附近的太陽輻射強度平均僅有地球附近的44%，但它依然處在太陽系內宜居帶附近，行星溫度適宜，允許液態水的存在，有可能孕育生命。在火星探測過程中，太陽能依然是各個任務的主流能量來源。雖然偶爾的沙塵暴會影響地面上著陸器和火星車（巡視器）的能量接收，但也能透過電池提前儲備預防。此外，人類還可以使用核能，已經應用在了“好奇號”和“毅力號”火星車，目前還在研究更復雜的小型核電裝置。

火星和地球同為巖質行星，演化歷史和發展規律類似。雖然火星上極度缺乏有機物，但其他元素構成與地球條件類似，這也成為人類開發火星的重要前提。對於未來的人類火星基地建造規劃，可以提前發射無人3D列印探測器先期抵達，透過遠端遙控和就地取材建造未來家園。

2000-2022 年地球和火星距離變化與各探測任務在太空中飛行的時間區間（綠線）。由於地球同火星圍繞太陽旋轉週期時間相差近 1 倍，因而兩者相對距離近時超 5500 萬千米，最遠時可達 4 億千米。從地球的視角來看，大約每隔 780 天才能同火星距離縮到最短。

圖中①ODYSSEY號（美），②火星快車（歐）、勇氣號（美）、機遇號（美），③偵察軌道器（美），④鳳凰號（美），⑤好奇號（美），⑥火星軌道器（印）、大氣專家（美），⑦微量氣體探測器（歐），⑧洞察號（美），⑨希望號（阿）、天問一號（中）、毅力號（美）

火星相對地球體積較小（15.1%）、質量較小（10.7%）、引力較小（37.9%），表面積也較小（28.4%）。由於火星上沒有海洋，總的表面積和地球上的總陸地面積是基本一樣的，太陽系內最大的山峰和峽谷都位於火星，那裡可能有海量的礦藏。這也基本意味著對於小規模的人類基地而言，人均資源遠超地球。

利用火星作為人類未來邁入更遠深空的跳板非常理想。它的逃逸速度約5.0千米/秒，遠低於地球的11.2千米/秒，大氣也非常稀薄，距離太陽更遠、更少受到太陽引力的影響，這意味著在火星進行航天探測的難度大幅小於地球。同時，火星非常靠近小行星帶，這裡擁有太陽系內最容易開發的資源。例如，靈神星上的金屬礦藏就能滿足人類至少數百萬年的開發需求。

綜合看來，火星對於人類而言是個無比理想的鄰居。

火星探測：比鄰若天涯

火星帶給人類的期望很高，但是探測它的難度遠遠超出了想象。地球處在太陽系較內側位置，與太陽平均距離約為1.5億千米，即1個標準天文單位的長度。火星距離太陽要遠一些，平均大約是2.3億千米。地球需要約365天環繞太陽一週，火星需要約687天。火星的軌道是偏心率為0.09的橢圓，地球軌道則接近正圓。這意味著地球和火星之間的距離在時刻複雜變化，最近時超過5500萬千米，最遠在太陽兩側面面相對時可遠至4億千米。

然而，如果從地球的視角來看，每隔大約780天才能和火星最接近一次，這個時間又叫作會合週期，大約是26個月。從幾何角度解釋也容易理解：假設二者都是純圓軌道，在780天內地球運行了2周49度角，火星運動了1周49度角。好比是操場中兩個人跑步，內圈跑得比較快的那個人，套了外側比較慢的那個人1圈，二者再次會合。

地球和火星的軌道週期及會合週期示意圖

這給人類現有的以化學燃料為核心動力的火箭帶來了巨大的挑戰。不同於科幻作品中動輒以極快速度運動的飛船和火箭，人類並不能隨心所欲地不在乎地球和火星之間距離，人類必須利用這個780天才出現一次的時間視窗，利用地球和火星靠近的時刻，提前幾個月發射探測器。

在實際飛行時，探測器需要在太陽系中完成一個大橢圓飛行軌道，又叫作霍曼轉移軌道。火星和地球軌道形狀不同，每次會合時二者的相對幾何位置也不盡相同，探測的最佳發射視窗會因此變化，單次旅程輕易長達4—7億千米，耗時6—11個月不等。此外，火箭的發射條件會由於總裝除錯程序、火箭狀態和天氣等原因推遲，導致抓住視窗的難度更加提升。火星的探測難度，可想而知，看似近如比鄰，實則遠至天涯。

火星探測器的霍夫曼轉移軌跡示意圖。霍夫曼轉移為一種變換太空軌道的方法，採用該軌道操縱技術的航天器途中只需兩次發動引擎推進，相對節省燃料

初探火星：令人痛惜的失敗，令人致敬的勇氣

第二次世界大戰期間，隨著同盟國和軸心國的戰爭需求，人類各項技術急劇發展，尤其是納粹德國研製的18000枚V2火箭呼嘯到歐洲的各個戰場，人類最初的火箭技術和經驗也在快速迭代積累。這種風詭雲譎天空下的廝殺，變成了孕育人類航天技術的溫床。1942年，納粹德國曾嘗試將V2火箭發射入太空，成功越過了象徵著太空與地球邊界的卡門線，這裡距離地球表面已經有100千米高。自從人類文明誕生以來的飛天夢想，不經意間就變成了可以期望的未來，這也迅速成為醞釀戰後蘇美兩方陣營進入太空競賽的基礎。

早在1960年，搶先一步的蘇聯兩顆火星一號探測器就秘密發射升空，但是由於早期火箭技術不成熟，遺憾它們都沒成功離開地球。然而蘇聯始終無法解決根本問題，在1962年再發三顆，又告失敗。美國也同樣倒黴，1964年11月5日“水手3號”發射，但在星箭分離階段失敗。

“水手 4 號” （Mariner 4）火星探測器，整個探測器大致有 3 米高，4 個太陽能帆板展開後整體寬度達到近7米。該探測器1964年11月28日發射升空，於 1965 年 7 月 15 日在火星上空約1 萬千米高成功飛掠過火星，拍下了 22 張火星照片，為首次成功探測火星的太空探測器

“水手3號”的姊妹探測器“水手4號”頂著巨大壓力在1964年11月28日發射，最終成為首次成功探測火星的太空船。整個探測器大致有3米高，4個太陽能帆板展開後整體寬度達到近7米，足夠放滿一幢小房子。但其實這些太陽能帆板產生的電能很有限，只有300瓦左右，和夜晚普通居民家裡各間房屋開燈照明的消耗量差不多。

“水手4號”攜帶了探測磁場、宇宙射線、高能粒子、太陽風、太空塵埃等的各種儀器，反而更像是一個太陽系深空探測任務。這也符合它的定位：所謂的探測火星是飛掠，彼時的航天技術並不足以讓探測器變軌並停留在環繞火星軌道，在拍完這些照片不久後，“水手4號”努力將所有資料傳送回地球，然後便滑入深空，靠近火星期間僅佔任務的不到1%時間。不過，為了這1%的時間，它攜帶了極其重要的照相機。彼時的照相機不像今天的手機一般使用成熟的電子感光耦合元件（CCD），只能透過最簡單的攝像管將影象訊號記錄並轉換為數字訊號。完成飛掠任務後，這些數字再經過壓縮傳輸，在地球上重新繪製出來。

“水手 4 號”拍攝的火星照片。雖然這些照片加在一起只覆蓋了火星表面約 1%，人們從中發現，火星表面明顯有著大量撞擊坑，不太像有複雜地質運動及同地球類似氣候條件

1965年7月15日，“水手4號”在火星上空約1萬千米高度成功飛掠火星。讀者們不要對這個資料失望，感覺很遠。實際上在深空探測領域，這已經是相當近的距離，例如地球上各種通訊衛星都距離地表35786千米，更何況這個飛行了不遠“億裡”、目標火星的探測器。因而，對於“水手4號”而言，這個距離足夠各種設計好的儀器裝置完成既定目標。在它與火星最近距離接觸的數小時內，它盡一切可能拍下了22張火星照片，它們是人類首次近距離拍下的外星球照片。

雖然這些照片加在一起只覆蓋了火星表面約1%，但照片帶給人類的衝擊依然具有劃時代的意義的：此前人類只能看著母星地球，這是人類在近距離觀察第二顆行星。人們從這些照片中可以看到火星表面明顯有著大量撞擊坑，看起來是極其荒涼的一片荒漠，不太像有複雜地質運動和地球類似氣候條件的樣子。儀器也沒有探測到火星表面的磁場和輻射帶，訊號非常微弱。感應到的火星表面溫度也接近零下100攝氏度，且幾乎沒有大氣，這大大支援了認為火星不可能存在生命一派的觀點。

有意思的是，“水手4號”任務週期裡發回地球的資料總量才634 KB，對於今天的計算機技術而言這僅是一幅壓縮圖片的尺寸，讀者們和朋友隨手在聊天軟體中“鬥”幾張圖都要花掉更多流量。從另一方面，也能反襯出在當時的技術發展水平限制下，科學家們利用聰明才智做出了多麼不可思議的成就！

"水手 9 號"

隨後的1971年是人類探測火星曆史上最繁忙的一年，蘇聯和美國共計發射了5個探測器，佔整個20世紀70年代任務的一半！1971年5月8日，70年代首個任務、美國“水手8號”順利出發，但在僅僅6分鐘後，火箭上的技術故障導致發射失敗，探測器很快墜毀在大西洋中，它的發射失敗讓基於20世紀70年代首個火星探測視窗的任務蒙上了一層陰影。在1天之後，蘇聯與之競爭的宇宙419號火星探測器因為幾乎一模一樣的問題而失敗，以至於都沒來得及給這個探測器起正式名字。隨後發射的蘇聯火星2號/3號和美國“水手9號”，成功抵達火星附近。

最終“水手9號”在飛行了5個半月時間後，成為首個實現環繞火星軌道的探測器，也是人類第一個環繞其他行星的探測器。“水手9號”剛抵達火星時，情況不盡如人意，火星表面發生了全球性的沙塵暴。這是由於火星大氣稀薄，對行星的保溫效應幾乎可以忽略，導致其不同區域的太陽照射帶來的溫差巨大，氣壓差帶來了大規模甚至遍佈全球的空氣流動。而火星上由於極度乾燥、長期的太陽風等宇宙射線轟擊、隕石撞擊和風沙侵蝕，土壤和沙塵非常細密。氣體裹挾著細沙，成為壯觀無比的全球沙塵暴，遮天蔽日。直到幾個月之後這種情況才稍微好轉一些，“水手9號”才開始獲取真正意義上的資料和圖片。所幸它在那裡一直工作了一年多時間，最終熬到風沙散盡的一刻。相比前輩們的數十張照片，它拍下了7000多張火星照片。由於軌道時遠時近，影象解析度也從1000米到100米不等，但已經覆蓋了火星表面的85%，這個成就可謂驚人。

科學家正在肯尼迪航天中心分析“水手 9 號”發回的有關火星的資訊，攝於 20 世紀 70 年代

與此同時，任務更加複雜的蘇聯火星2號和3號並不盡如人意。按照計劃，它們不僅能夠實現環繞火星，還能釋放著陸器著陸火星，隨後釋放小型巡視器。然而，火星2號著陸器遺憾失聯並焚燬在火星大氣中，最終撞擊在火星表面，這也算是人類首次“硬著陸”火星的探測器。後續的火星3號在成功抵達火星軌道後也立即釋放著陸器，幸運的是，重達1.2噸的巨大著陸器終於實現了人類探測器首次成功軟著陸火星，成為人類在火星上的第一個“足跡”。不過極其遺憾的是，在它成功著陸後僅僅十幾秒鐘後就與地面失去了聯絡。它除了驗證火星降落技術方案之外，幾乎沒有取得任何科研成果。後來2006年抵達火星的美國偵察軌道器還拍到了疑似火星3號著陸時扔下的降落傘和軌道器，時隔35年它依然寂寞地待在火星表面。火星2號和3號的軌道器都成功進入了環繞火星軌道，但它們都沒有堅持到火星沙塵暴逐漸退去的時刻，為人類帶回豐富的觀測影象和測量結果，從而讓“水手9號”大放異彩。

“水手 9 號”所拍攝的火星照片。“水手 9 號”發射於 1971 年 5 月 30 日，於 11 月 14 日抵達火星，先後拍下了 7000 多張火星照片，覆蓋了火星表面的 85%

時至今日，“水手9號”這個為人類立下汗馬功勞的火星探測器依然在圍繞火星運動，成為它的一顆人造衛星，這是它的獨特大橢圓軌道導致的，火星大氣造成的阻力幾乎無法影響並降低它的軌道。同樣的道理也發生在中國首顆衛星“東方紅一號”上，它在1970年進入環繞地球的大橢圓軌道，直到今天依然在環繞地球運動。不過這二者早就沒有任何工作狀態，可以把它們看作人類航天探測史的永久移動豐碑。

隨著人類太空競賽逐漸走向平靜，除了美國“維京1號”和“維京2號”成為20世紀70年代火星探測的絕唱之外，後續的火星探測規劃也逐漸被束之高閣，直到進入新世紀後才逐漸改善。尤其是技術成熟後，火星巡視器成為探測的主角。

新世紀：人類探測火星的高潮

人類探測火星60年來，共有四種任務型別：驚鴻一瞥的“飛掠”、登高望遠的“環繞”、觀天測地的“降落/著陸”和自由移動的“巡視”。其中，“飛掠”僅是在早期技術不成熟或其他任務兼職探測火星時使用；環繞器（軌道器）能長期環繞火星，採集海量的資料，全方位研究火星磁場、大氣、重力場、水、淺層土壤、地質地貌等方面，還能起到訊號中繼作用，服務於降落在火星表面的著陸器和巡視器；著陸器能仔細研究火星表面的各種細節，但由於著陸機構重量和自身能量限制，無法移動和自由巡視；而巡視器可以隨處移動，意義不言而喻，它的質量能更多集中於科研載荷，從事多地點多方面的精細研究。

新世紀最著名的任務是兩輛雙胞胎兄弟火星車“勇氣號”和“機遇號”，二者完全相同且互為備份，重量為185千克，採用太陽能供能，分別在2003年6月10日和7月7日順利升空前往火星並在次年1月份先後抵達。

這兩輛火星車的原計劃工作時間都是90天左右，科學家們認為90天之後火星空氣中的沙塵就會覆蓋滿太陽能電池板，導致能量過低而無法繼續工作。但沒想到的是，火星上的大風天氣卻幫了忙，風吹去蓋在太陽能電池板表面的塵土，讓它重新暴露在太Sunny的照射之中而獲得新生。雖然在2007年火星巨大的沙塵暴中、99%的Sunny被沙塵遮蔽了數月而導致這兩個兄弟險些任務失敗，但它們透過休眠方式在比地球風速快10倍以上的惡劣環境中最終倖存下來，贏得新生。

概念圖，在火星上的“勇氣號 / 機遇號”（NASA 提供）。火星車“勇氣號”和“機遇號”為兩輛完全相同且互為備份的“雙胞胎”，重量均為 185 千克，採用太陽能供能，分別在 2003 年 6 月 10 日和 7 月 7日順利升空前往火星，並於次年1月份先後在火星著陸進行巡視探測

最終，“勇氣號”一直堅持工作到2011年3月22日才宣告任務結束，此前它的輪子出故障不能轉動，且在2009年時就陷到軟土中根本無法動彈，但它依然在那個坑裡堅持工作了兩年之久直到失聯，那裡成了它最終的墓地。而“機遇號”更是工作到2018年6月10日，它以平均1釐米/秒的速度運動，創造了在太空中最遠行駛里程的紀錄，超過45.16千米。它們在漫長的奮鬥過程中，為人類全方面瞭解火星作出了巨大貢獻。

21世紀探測火星的高峰在“好奇號”火星車，它的預算達到了驚人的25億美元，足夠買下40噸黃金！而最後這些錢就被砸到了一輛899千克重的火星車上，它也因此成為當之無愧的世界上最貴的一輛車。2011年11月26日，好奇號被包裝進一個3.8噸重的組合體中從地球成功出發。為了讓這麼一輛巨大的火星車成功降落，科學家們研究出了空中吊車/起重機技術，這是人類現今航天技術裡最接近科幻“黑科技”的技術之一。次年8月6日，這套組合體成功將“好奇號”送到火星表面，著陸在蓋爾撞擊坑。這是個直徑154千米、存在了至少35億年的撞擊坑，極有可能保有火星早期的環境，有山丘有湖泊遺蹟等各種地質形態，可供“好奇號”大展拳腳。

“好奇號”採用了多工放射性同位素熱電機的技術，利用攜帶的4.8千克鈽—238放射性同位素不斷衰變產生熱量用以發電，能量密度高，每天可以產生2.5度的電能，大概是“勇氣號”和“機遇號”的5倍之多。產生的熱量殘餘還可以給內部重要儀器保溫，可謂一舉多得。這種核電池核心元素的半衰期達到88年，在火星車上絕大部分器件壽命到期後依然能提供足夠且穩定的熱量，不在乎白天和黑夜、極寒和極熱。

“好奇號”火星探測車在火星夏普山山腳下的自拍，攝於 2015 年 10 月（用於拍攝照片的機械手臂已被修飾去掉）。“好奇號”重達 899 千克，長 2.9 米、寬 2.7 米、高 2.2 米，於 2012 年 8 月 6 日在火星蓋爾撞擊坑著陸，攜帶強大的運動系統和科學儀器，大大提升了它的工作能力

這個2.9米長、2.7米寬、2.2米高的火星車有能力攜帶更強大的運動系統和科學儀器。例如，它的手臂主要攜帶有一個X射線光譜儀和透鏡成像儀對樣本進行結構和成分分析，甚至可以看清10微米左右的細節，要知道人的頭髮尚有約80微米直徑！機械臂還有衝擊鑽、刷子和鏟子這套系統，方便打孔、粉碎、取樣並送到車身上安裝的複雜儀器內，可謂各司其職、一舉多得。頭部的鐳射誘導擊穿器能在數米外擊穿石塊，進一步利用化學分析相機遠端測量成分構成，大大提升了它的工作能力。

“好奇號”原計劃的服役時間是兩年，它也超出預期繼續服役至今，而且核電池基本可以陪伴它長期工作下去，目前已經宣佈了將這個任務無限期延長。與此同時，“好奇號”的升級任務“毅力號”火星車已經於2021年順利著陸火星。它相比好奇號能實現更多更復雜的功能，還攜帶了人類首個火星直升機，相信能極大擴充人類對火星的理解。

天問一號：中國加入火星探測大家庭

兩千多年前，屈原在長詩《天問》中發出了“九天之際，安放安屬？”和“日月安屬，列星安陳？”的曠世之問。兩千多年後，中國航天人要用實際行動給出解答：行星探測計劃“天問”啟動，而執行第一站任務的就是去往火星的“天問一號”。而這次“天問一號”的選擇是：“繞”“著”“巡”一次完成，整體任務包括了環繞器、著陸器和巡視器三個部分，是近些年人類探測火星任務複雜度之最。2021年2月10日，“天問一號”被火星引力俘獲。“天問一號”的三個部分整體進入環繞火星的大橢圓軌道中。在隨後環繞火星的約3個月內，環繞器需要認真研究火星表面的情況，反覆確認著陸地點和最優著陸視窗。一旦確認後，環繞器繼續在軌工作，著陸器攜帶巡視器開始最為艱難的火星著陸之旅。

概念圖，天問一號（中國國家航天局提供），前部為著陸器、巡視器組合體，後部為環繞器

這就是“恐怖”7分鐘。由於距離過於遙遠，地球和火星雙向通訊延時將長達幾十分鐘。且火星著陸時間一般僅在7—8分鐘左右，地面工作人員不可能人工控制複雜的火星著陸過程，這一切全要靠著陸器自己完成。這個過程極度困難，著陸器必須找準角度，先用隔熱大底極速氣動減速，再用龐大降落傘，最後還需要反推火箭工作，懸停避障，軟著陸。上千個複雜的動作，需要“天問一號”在火星上獨自“刀尖上起舞”，稍有不慎便會任務失敗，難度可想而知。著陸器穩定著陸後，將會與環繞器聯絡，確定工作狀態，上傳記錄的全部資料，傳回地球。一切確認後，著陸器將放出導軌，巡視器開機，積累到足夠能量後，行駛抵達火星表面，開始工作。

探測火星不僅是中國航天工程任務難度的新突破，更是行星科學領域的史無前例突破。除了常規的通訊、能量來源（太陽能帆板）、支撐結構、動力系統等部分外，“天問一號”整體上攜帶了13種科學載荷，其中7個在火星上空的環繞器上，6個在降落火星表面的巡視器上。它們共有五大科研目標，主要涉及火星空間環境、地表形貌特徵、土壤表層結構等研究，將給中國帶來火星的第一手資料。

概念圖，天問一號在火星著陸（中國國家航天局提供）。天問一號的著陸過程極度困難，著陸器必須找準角度，先用隔熱大底極速氣動減速，再用龐大降落傘，最後還需要反推火箭工作，懸停避障，軟著陸，需要執行上千個複雜的動作，難度可想而知

5月15日7時18分，距離地球3.2億千米之外，天問一號探測器成功實現火星表面軟著陸，穩穩落在火星烏托邦平原南部預選著陸區，中國首次火星探測任務著陸火星取得成功！天問一號經歷了長達近7個月的“奔火”之旅和3個月的“環火”探測，如今“登火”成功，並且即將開展巡視探測。火星探測屬於高風險航天任務，中國突破了第二宇宙速度發射、行星際飛行及測控通訊、地外行星軟著陸等關鍵技術，邁出了星際探測征程中的重要一步，是中國航天事業發展中又一個具有重大意義的里程碑。

火星移民：人類邁向星辰大海的下一站

人類探測火星的歷史已經接近60年，有近一半的任務失敗，但也有另一半實現了成功。截至目前，依然有美國“ODYSSEY號”軌道器（2001年）、歐洲“火星快車號”軌道器（2003年）、美國偵察軌道器（2005年）、美國“好奇號”火星車（2011年）、美國火星大氣專家MAVEN軌道器（2013年）、印度曼加里安軌道器（2013年）、歐洲火星生命探測計劃ExoMars軌道器（2016年）、美國“洞察號”著陸器（2018年）、阿聯酋“希望號”軌道器（2021年）、中國“天問一號”探測器（2021年）和美國“毅力號”火星車（2021年）任務攜帶先進的儀器正在探測火星，它們都在回答一個共同的問題：人類到底該怎樣開發火星？

首先，火星的全球化改造是個美好的幻想，是不可能實現的。結合此前所有的探測器研究成果，火星的基本情況並不樂觀：體積小，質量小，引力小，帶來的直接後果是散熱過快，很快失去了內部能量，這導致行星內部重要的“發電機”停止工作，進而磁場逐漸消失。沒有全球性磁場的後果非常可怕，太陽風緩慢將大氣剝離，導致目前的火星大氣只有地球大氣1%的氣壓。且火星地質活動已經極其微弱，幾乎沒有板塊運動，大氣成分也缺少足夠來源補充，大氣的流失也陷入了不可逆的過程，人類基本要放棄對它的整體改造。

概念圖，適於人類生活的火星地下基地（NASA 提供）。由於火星缺乏必要的全球磁場和大氣，使得建設地下基地成為人類在火星生活的唯一有可能實現的方案，選址可在火星北極和赤道之間的大平原地區

相比較不現實也不可行的火星整體改造方案，選擇基地方案顯然是唯一的選擇，它的最大優勢在於：全封閉，能完全產生跟地球一樣氣壓、溫度、溼度、光照等條件，不必受火星外部惡劣環境影響。目前來看，火星封閉基地方案已經是各國必然選擇的方案。

選址可以在北極和赤道之間的大平原地區，地勢較好。這裡水分含量較高（超過3%且靠近北極冰蓋），北極夏季時火星處於遠日點因此夏季很長，白天溫度可以達到20度。火星北半球富含火山岩而擁有足夠建築材料，奧林帕斯山和眾多高山附近由於長期火山噴發，帶來的材料也將是一筆寶貴財富。火星重力低、土壤材料合適、地質條件穩定且風力低（風速快但大氣密度低，風的能量並不高），建造大型的地表建築並不困難。而採用半地下方式，可以實現最佳環境保溫、規避空間輻射，最大限度利用挖出的建築材料、距離地下礦產水源等資源更近等。建築附近的地表可以開發成巨大的太陽能光田、核電基地、火箭發射場等。總體上將人類需要活動的區域整合化，也將人類活動可能產生的風險（例如火箭發射爆炸）與生活區隔離開來，最大限度提高空間和資源利用效率。

在實際生存中，民以食為天。在火星上幾乎不可能依賴天然的太Sunny作為植物能量來源，例如一次持續全火星數月的沙塵暴可能長期阻止絕大部分太Sunny直達火星表面，形成全球性的危機，火星基地的近乎密閉方式也不可能允許自然光照明甚至發展農業。因而，火星基地中農業植物的能量必須來自人造光源，光源能量可以來自火星表面太陽能光田提前儲存的太陽能，抑或是來自核電、地熱（如果還有）、化學燃料等。每一種植物都有自己偏好的電磁波頻段，目前國際上的植物學研究已經在投其所好地提供更適合某種植物的LED照明，其他可見光頻段則不予投放，大大降低了能源消耗。雖然在人類肉眼看起來呈現單一顏色甚至昏暗無比，實際上卻是植物們生長髮育最完美的環境。

人類對火星植物的培養也已經進行了多年，電影《火星救援》中的種植土豆並非幻想。例如，國際知名的瓦赫寧根大學甚至模擬火星土壤進行了一系列農作物的種植實驗，包括番茄、黑麥、蘿蔔、豌豆、韭菜、菠菜、水芹等蔬菜。不過，人類如果想食用肉食恐怕就很困難，《流浪地球》電影中蚯蚓幹已經頗為奢侈。中國在時長1年的“月宮一號”實驗期間，黃粉蟲也是志願者重要蛋白質來源。

國際空間站上實驗用的菜地照片（NASA 提供）。這種看起來很奇怪的 LED 燈種植技術，卻是最佳種植方案，雖然在人類肉眼中看起來呈現單一顏色甚至昏暗無比，實際上卻是植物們生長髮育最完美的環境，還能大大降低能源消耗

而作為現代社會骨骼和基石的工業，則和地球也大不相同。其中一大問題是能源問題。基地外圍和表面建立大量太陽能電池板陣列（可由矽、氧、鐵、鎳等元素3D列印而來）。為應對沙塵暴天氣、夜間情形，科學家也在研究可長期使用的大型核電能源，可用於月球基地和火星基地的長期供能，它們的作用類似一個小型核電廠，能滿足基地大規模工業生產用電需求。更何況人類如果在未來掌握可控核聚變技術，基本意味著能量能取之不盡用之不竭。屆時，一次地球運送而來的核聚變燃料，或許就能夠維持一個基地幾十年的供能。

出行方面，全程封閉的軌道交通將成為重要交通方案。在軌道交通的基礎上，火星挖礦和礦產精加工將成為一個極其重要的行業。這個挖礦並不是地球上傳統意義的金屬礦藏，一些在地球上根本不必考慮的資源，例如地底發現的有機物（火星研究目前並不排除這個可能）、南北極巨大極冠的水冰和乾冰、火星山脈根部可能隨著極微弱地質運動出現的寶貴礦藏等，都將是開發的目標。火星距離小行星帶已非常接近，這裡有著幾十萬顆小行星，更有數億顆乃至數不盡的極小星體，它們的成分和構造完全不同，不少都擁有地球上極其稀缺的資源。從火星出發的資源探測和開發難度，也遠低於從地球出發，完全能夠建立定期“採礦航班”。

火星雖小，但陸地總面積與地球的陸地總面積接近，還有太陽系最大的山和峽谷，靠近小行星帶。總體而言，火星基地的人類將擁有遠超地球人類的人均資源和極其發達的技術，他們可以建立一整套高度智慧的高效工業系統，這個系統也能夠支援火星基地的長久進步。

物競天擇，適者生存。人類更是在自然界選擇之外，又自我增加了內部淘汰機制，才有了王朝更迭、時代變遷。未來的火星基地會怎樣？由於火星低重力和基地半地下環境，火星人類從身體構造上將會與地球人類逐漸不同。或許由於生存壓力，他們會不惜一切代價發展高科技，甚至很快就領先地球。由於群體數量少，每個基地成員從生到死都將是極致的精英培養方式。那麼長久下來他們將會如何看待地球和地球人類，這是一個留給讀者思考的問題。

下一站火星，是人類的未來，也是人類的挑戰。我們這一代人，或許將是目睹挑戰變成奇蹟的見證者！

END