摘要：这个目标引起了许多人的注意。毕竟，在美国宇航局的阿尔忒弥斯 2 号任务一再推迟之后，人类尚未返回月球。那么，到 2029 年，从我们现在的水平到将靴印放入红色的火星尘埃中是否可行？

德国航空航天工程师的一份报告质疑 SpaceX 的 Starship 能否在十年结束之前将人类送上火星。

唐纳德·特朗普总统最近宣布，美国将努力将宇航员送上火星，最好在未来四年内 - 他的总统任期内。

这个目标引起了许多人的注意。毕竟，在美国宇航局的阿尔忒弥斯 2 号任务一再推迟之后，人类尚未返回月球。那么，到 2029 年，从我们现在的水平到将靴印放入红色的火星尘埃中是否可行？

“火星任务将是人类有史以来最伟大的事业，”德国航空航天中心 （DLR） 的航空航天工程师沃尔克·迈瓦尔德 （Volker Maiwald） 在接受 Space.com 采访时说。

总统没有提供有关火星计划的细节，但它可能严重依赖 SpaceX，该公司由埃隆·马斯克 （Elon Musk） 创立和经营。马斯克是特朗普竞选活动的重要支持者，显然已成为他最信任的顾问之一。

SpaceX 计划使用其仍在开发中的星际飞船巨型火箭将人们送至火星。1 月 16 日，Starship 有史以来第七次发射，执行了一项测试任务，但取得了部分成功：它的 Super Heavy 第一级助推器按计划被发射塔上的“筷子”臂卡住，但飞行器的上级在上升燃烧接近尾声时因推进剂泄漏而发生爆炸故障。

显然，Starship 还有很多工作要做——尽管马斯克曾表示，SpaceX 的目标是在 2026 年将该飞行器发射到火星执行无人任务，如果这些飞行成功，将在 2028 年将宇航员送到那里。

Starship 的开发速度远非 Maiwald 最关心的问题。2024 年 5 月，他和四名研究人员在《自然科学报告》上发表了一篇论文，质疑了 Starship 上载人火星任务的可行性。对 Maiwald 和他的团队来说，主要问题是质量。

利用有关 SpaceX 火星计划的所有公开细节，Maiwald 的团队得出结论，成功完成火星任务所需的有效载荷质量——包括宇航员、设备、基础设施、燃料、食物、水、空气等——比 Starship 在一次飞行中可以携带的质量还要大。

关键问题是 Maiwald 所说的“消耗品回收率”——本质上是回收食物、水和空气的能力。可以回收的物资越多，旅途中必须携带的物资数量就越少。例如，植物是提高这些耗材回收率的主要因素。它们提供食物，可以在废物上生长，并产生氧气并从空气中去除二氧化碳。

然而，根据该团队的计算，即使消耗品的回收率达到 100%，也不足以将有效载荷质量降低到足以满足任务要求。

“消耗品的 100% 回收率意味着一个闭环环境，”Maiwald 说。“但 100% 的回收率基本上是不可能的，因为即使是最好的流程也会有损失。”

另一种消耗品是推进剂。为了减轻航天器的质量，可以携带足够到达火星的燃料登机。在这颗红色星球上，原位资源利用 （ISRU） 可以产生新的火箭燃料。Starship 在其火箭级中燃烧液态甲烷和氧气，但从火星大气层和水冰中提取甲烷和氧气并不容易。

首先，虽然这在原则上听起来是个好主意，但技术还没有完全赶上这个想法。

“据我所知，唯一一次在地球环境之外进行的 ISRU 实验是 MOXIE，这是对毅力号火星车的实验，”Maiwald 说。

MOXIE 是火星氧气原位资源利用实验，2021 年成功成为第一个从火星大气中丰富的二氧化碳中提取氧气的实验。

据美国宇航局称，仅将四名宇航员发射到火星表面就需要 15,000 磅（7,000 公斤）的火箭燃料和 55,000 磅（25,000 公斤）的氧气。此外，还有宇航员在火星逗留期间呼吸所需的氧气。

最初，MOXIE 设法产生了 5 克氧气，这足以让一名宇航员呼吸 10 分钟。MOXIE 的设计在运行时每小时可产生高达 10 克的氧气，到 2023 年实验停止时，它总共只产生了 122 克氧气。显然，如果宇航员要在火星上生存，就需要比 MOXIE 更高效的东西。

“这不是一项简单的任务，”Maiwald 说。另一个挑战是从火星水冰和大气二氧化碳中制造甲烷。“我不知道有任何技术甚至能够在类似火星的环境中进行测试。”

使这更加困难的是，这些资源的提取可能必须由机器人独立进行，在载人任务到来之前，无需人工监控过程，以便氧气和火箭燃料等待第一批登上火星的宇航员到达火星。这也带来了这种未经测试的技术的可靠性问题，如果它发生故障，没有宇航员在那里修复它。

当然，关于火星上 ISRU 的限制也适用于月球。不同的是，太空飞行距离月球还有三天的时间，在那里为任何基地补给都相对简单。另一方面，火星充其量只有六个月的旅行时间，而且往往更遥远，这取决于地球和火星在其轨道上的相对位置。

另一种选择是发射几艘无人驾驶的星际飞船，携带宇航员在火星上需要的所有燃料和氧气。有了足够的补给，宇航员就可以在第二名机组人员到达时制造他们所需的氧气和火箭燃料。“然而，据我所知，这并不是 Starship 发布的情景的一部分，”Maiwald 说。如果有任何希望在本十年末发射到火星，可能必须将其作为一个场景。

其他问题比比皆是。太空不是一个安全的环境，宇航员会受到宇宙射线和太阳辐射的摆布。前往火星的宇航员将接受比他们在地球上接受的辐射剂量大 700 倍。欧洲航天局 （European Space Agency） 的 ExoMars 痕量气体轨道飞行器的测量表明，为期六个月的火星之旅将使宇航员暴露于其终生总推荐辐射剂量的 60%。

而且它们在这颗红色星球的表面也不会安全得多，因为这颗行星缺乏厚厚的大气层和磁场，而这两样东西可以保护地球表面免受宇宙辐射。即使 Starship 上有遮挡区域可以在太阳风暴爆发时隐藏起来，那也只会降低风险，而不是消除它。在国际空间站 （ISS） 上，宇航员仍然位于地球磁场内，并且有屏蔽区域，但宇航员接收到的辐射是普通航空公司飞行员的 200 倍。

科学家们正在努力改善载人航天器的屏蔽，方法是在粒子加速器中进行实验，用它们在太空中会受到的高能辐射轰击生物细胞，然后用不同的材料进行实验来尝试屏蔽这些细胞。早期结果表明，锂是最有效的屏蔽材料，但还需要进一步研究。

还有其他健康方面不容忽视。微重力对身体造成严重破坏，进化为我们必须生活在地球的重力中，而不是在太空中。肌肉萎缩是宇航员必须面对的常见疾病，尽管药物已被证明可以减轻其影响，最近的研究发现微重力也会损害宇航员的视力。最近的一项研究发现，在前往国际空间站 6 到 12 个月的宇航员中，至少有 70% 的人受到太空飞行相关神经眼综合征 （SANS） 的影响，这种综合征会影响眼睛，这是由于微重力环境中液体对脑组织的压力造成的。

尽管研究中所有宇航员的眼睛健康状况在返回地球后都恢复了正常，但长时间太空飞行的影响尚不清楚。此外，宇航员报告了因太空辐射暴露而导致的早发性白内障百分比更高。

来源：当代生命哲学家