上一次我們講到了美國(guó)人搞阿爾忒彌斯計(jì)劃，拉了一幫小弟搞國(guó)際合作。意大利是沒(méi)有自己獨(dú)立的航天發(fā)射能力的，但是空間站的很多艙段有他們的貢獻(xiàn)。加拿大基本上和美國(guó)是深度合作，有些企業(yè)本身就是跨越美加兩國(guó)的。他們的拳頭產(chǎn)品是空間站的機(jī)械臂，俗稱(chēng)“加拿大臂”。

圖：阿利亞納系列火箭

日本和歐洲都是有自己發(fā)射能力的，歐洲的阿利亞納火箭性能也不錯(cuò)，當(dāng)年在商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)上還占了不小的份額。他們的技術(shù)路線和我國(guó)是相似的，都是從偏二甲肼和四氧化二氮起步的，說(shuō)白了還是來(lái)源于導(dǎo)彈技術(shù)。后來(lái)，他們走向了氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)+固體助推器的模式，阿利亞納5型就是如此。他們的火神發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)水平還是很高的。

圖：H3火箭

日本人起步階段就是走的固體火箭的路子。他們不能發(fā)展導(dǎo)彈技術(shù)，只能從探空火箭開(kāi)始起步，探空火箭一般是固體火箭。這一下引起了美國(guó)人的警覺(jué)。因?yàn)楣腆w火箭能長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，能夠隨時(shí)拉出來(lái)就打。具有改造成導(dǎo)彈的能力。后來(lái)美國(guó)轉(zhuǎn)讓了一部分氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)。日本人也就走上了氫氧機(jī)的道路。氫氧機(jī)是低溫燃料，灌注到火箭之中無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間保存，必須臨時(shí)加注，馬上打出去，無(wú)法改造成洲際導(dǎo)彈。美國(guó)人也防著日本呢，要在技術(shù)路線上要加以把控。

印度的技術(shù)路線算是比價(jià)奇葩，他們鼓搗固體火箭比較上癮。不僅僅助推器是固體的，芯一級(jí)也是固體的。大概是因?yàn)榧夹g(shù)來(lái)自導(dǎo)彈的轉(zhuǎn)移。印度天氣太熱，液體導(dǎo)彈不易保存。所以他們非常關(guān)注固體火箭技術(shù)，但是因?yàn)楣腆w火箭的比沖不高，所以，性能還是差一些的。但是火箭就是這么個(gè)好處，豪華轎車(chē)能把人送到終點(diǎn)站，驢車(chē)也行，從這一點(diǎn)來(lái)講，結(jié)果差不多?；鸺跻稽c(diǎn)，也沒(méi)耽誤人家把曼加里安號(hào)探測(cè)器發(fā)射到火星軌道上。

圖：極地衛(wèi)星運(yùn)載火箭

發(fā)射曼加里安號(hào)的是印度的極地衛(wèi)星運(yùn)載火箭，縮寫(xiě)PSLV，性能和我國(guó)的長(zhǎng)征4號(hào)差不多。一根光桿，尾巴上綁了4根小牙簽一樣的助推器，非常細(xì)。日本火箭和這差不多，尾巴上捆綁的固體助推器也很小，看著不協(xié)調(diào)，不過(guò)還是比印度人的要粗多了。

我們對(duì)火箭的外觀就不多評(píng)價(jià)了。大家可能奇怪啊，我國(guó)發(fā)射火星探測(cè)器可是動(dòng)用了長(zhǎng)征5號(hào)這種大火箭，印度人怎么用了這么小的一顆火箭呢？能把載荷送到火星軌道嗎？你別說(shuō)，還真的能行。

圖：曼加里安號(hào)

首先，曼加里安號(hào)探測(cè)器不大，只有1.35噸。我們的天問(wèn)一號(hào)有5噸重，比印度人的玩意兒大多了。

其次，印度是2013年11月5日發(fā)射的，曼加里安號(hào)是什么時(shí)候進(jìn)入地火之間的霍曼轉(zhuǎn)移軌道的呢？是11月30號(hào)，中間隔了25天。這25天，曼加里安號(hào)完成了7次遠(yuǎn)地點(diǎn)提升。

人造衛(wèi)星繞著地球轉(zhuǎn)圈圈，軌道是個(gè)橢圓，地球就在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。既然是橢圓，就存在一個(gè)近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)。在近地點(diǎn)上開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)推一把，軌道就變大一圈，遠(yuǎn)地點(diǎn)就會(huì)往外擴(kuò)張。就好比蕩秋千，蕩到最高點(diǎn)，你就推一下，這樣的話就會(huì)越蕩越高。曼加里安號(hào)就是這么干的。經(jīng)過(guò)7次提升軌道，終于積攢夠了足夠的速度，最后推一把，進(jìn)入霍曼轉(zhuǎn)移軌道，奔著火星就去了。

這么干比較節(jié)省燃料，但是過(guò)程太漫長(zhǎng)。還是因?yàn)橛《然鸺粔虼笤斐傻摹Ｌ綔y(cè)器必須攜帶大量燃料用于加速，真正用于科學(xué)探測(cè)的載荷卻很少。真正用于科學(xué)研究的載荷只有13公斤，也就夠打卡拍照的。但是，因?yàn)檫@個(gè)探測(cè)器是亞洲第一個(gè)成功進(jìn)入環(huán)繞火星軌道的探測(cè)器，印度人還臭屁了很長(zhǎng)時(shí)間呢。

在我們的印象里，日本歐洲都是發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體，他們是老牌的資本主義國(guó)家?，F(xiàn)在叫西方，過(guò)去叫列強(qiáng)。他們還是有很多工業(yè)實(shí)力比我們要強(qiáng)，這是不可否認(rèn)的。那么現(xiàn)在世界航天的格局又如何呢？我們來(lái)看看2020年航天發(fā)射的統(tǒng)計(jì)情況。

圖：2020年各國(guó)航天發(fā)射次數(shù)統(tǒng)計(jì)

去年，美國(guó)完成了44次火箭發(fā)射，馬斯克的獵鷹系列火箭發(fā)了25次。7枚電子號(hào)火箭是在新西蘭發(fā)射的。

我國(guó)完成了39次火箭發(fā)射，基本全是長(zhǎng)征系列。其中有兩發(fā)是快舟系列火箭發(fā)射的。長(zhǎng)征火箭是航天科技集團(tuán)的展品，快舟屬于航天科工集團(tuán)。用金燦榮老師的話來(lái)說(shuō)，一個(gè)是送人上天的，一個(gè)是送人上西天的?？熘塾玫氖枪腆w火箭技術(shù)，其實(shí)就是來(lái)自于洲際導(dǎo)彈。

所以，我國(guó)2020年發(fā)射次數(shù)和美國(guó)相比，相差無(wú)幾?；旧蠈儆诘谝惶蓐?duì)。排名第三的是俄羅斯，一共發(fā)射了16次，相比中美，次數(shù)差了一半，算是第二梯隊(duì)。主打是R7系列火箭，其實(shí)就是聯(lián)盟號(hào)的各種改型，都不大。質(zhì)子號(hào)和我國(guó)的胖五是一個(gè)量級(jí)的，去年只是發(fā)射了一次。俄羅斯一直想用新火箭換掉質(zhì)子號(hào)這個(gè)老火箭。畢竟它的運(yùn)力已經(jīng)到了極限，沒(méi)有擴(kuò)展能力。而且用的是毒染料，處理起來(lái)挺麻煩的。新版的安加拉系列火箭也還沒(méi)有投入實(shí)用化，不知道什么時(shí)候才能正式接班。

歐洲的法屬圭亞那發(fā)射場(chǎng)是所有航天發(fā)射場(chǎng)之中緯度最低的，大約是北緯2度，發(fā)射同步軌道衛(wèi)星就賺了便宜。歐洲跟世界各方合作都很好。在法屬圭亞那有一個(gè)聯(lián)盟火箭的發(fā)射臺(tái)，俄羅斯的聯(lián)盟火箭也經(jīng)常在這里發(fā)射，去年年底，12月29號(hào)，就幫著法國(guó)發(fā)射了一顆間諜衛(wèi)星。

歐洲人自己去年有5次發(fā)射，數(shù)量很少。日本人4次，印度人2次，伊朗2次，以色列1次。他們顯然是第三梯隊(duì)。歐洲的阿利亞納5型快要退役了，因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)力差，馬斯克的獵鷹火箭價(jià)錢(qián)便宜量又足。歐洲人壓力山大，他們打算開(kāi)發(fā)便宜的阿利亞納6型火箭來(lái)接班，阿利亞納6型火箭用的是新型的液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)，看來(lái)歐洲人也想走重復(fù)使用的路。

日本在設(shè)計(jì)最新的H3火箭的時(shí)候，也盡量想降低成本，當(dāng)時(shí)覺(jué)得這個(gè)火箭不貴，7千萬(wàn)美元一枚，但是他們?cè)趶?fù)雜項(xiàng)目管理方面經(jīng)常失控，最后成本下不來(lái)。而且他們沒(méi)想到馬斯克現(xiàn)在的全新的獵鷹火箭也比這便宜，二手的就更別說(shuō)了，計(jì)劃真的趕不上變化。

所以，歐洲人、日本人、印度人他們當(dāng)然受到去年疫情的影響，很多進(jìn)度放慢了。但是也能看得出來(lái)，他們也還是要盡力維持著火箭研發(fā)人才有事情做，不至于隊(duì)伍散了，不至于斷了火箭研發(fā)的血脈。但是，以現(xiàn)在的發(fā)射量，連保持手感都難啊。航天畢竟是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不是單一的高技術(shù)。要是沒(méi)有刷經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，進(jìn)步就慢。中美兩國(guó)刷經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會(huì)太多了，發(fā)展速度會(huì)更快。未來(lái)中美是兩強(qiáng)，俄羅斯勉強(qiáng)維持當(dāng)年的遺產(chǎn)，歐日索性躺平的局面已經(jīng)看到苗頭了。

我國(guó)是按部就班的在一點(diǎn)一滴的推進(jìn)航天計(jì)劃的展開(kāi)。最近，我國(guó)宣布要在2048年前后實(shí)現(xiàn)載人登陸火星。計(jì)劃很復(fù)雜，先要用無(wú)人探測(cè)器對(duì)火星展開(kāi)全面調(diào)查。而且去火星所需要使用的技術(shù)，必須先用在月球上加以驗(yàn)證。而且涉及到多次拼接，涉及到太空加油，涉及到用核動(dòng)力火箭實(shí)現(xiàn)地球和火星之間的擺渡。還需要研發(fā)兩種巨型火箭，一個(gè)是長(zhǎng)征9號(hào)，能把140噸載荷運(yùn)動(dòng)到近地軌道。另外一種是921火箭，能運(yùn)70噸載荷到近地軌道。具體的情況，我在最近的視頻節(jié)目里講過(guò)了。

我國(guó)的航天計(jì)劃從不輕易許諾，但是說(shuō)了就要做到，這叫“言必信，行必果”。2004年宣布探月三步走，果真就是按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)一步步完成的，其他國(guó)家牛是吹了，但是都沒(méi)按時(shí)完成作業(yè)。

馬斯克也想去火星，而且有宏偉的計(jì)劃。他之所以成為偶像，成就創(chuàng)新的神話，那是因?yàn)樗颠^(guò)的牛都實(shí)現(xiàn)了，但是他經(jīng)常跳票，時(shí)間無(wú)法預(yù)料。我們實(shí)在是不知道他這一次到底能不能兌現(xiàn)，到什么時(shí)候才能兌現(xiàn)。

想當(dāng)年，布勞恩剛到美國(guó)的時(shí)候，也設(shè)想過(guò)去火星的計(jì)劃，當(dāng)時(shí)只能當(dāng)做是科幻進(jìn)行設(shè)想，并不具備可操作性。布勞恩和迪士尼的老板沃特·迪士尼關(guān)系很好，還專(zhuān)門(mén)拍攝了一部講述如何去火星的科教片。大致來(lái)講，布勞恩的計(jì)劃分為幾步：

從當(dāng)時(shí)馮布勞恩的設(shè)想來(lái)看，他打算在太空里拼接成重達(dá)4000噸的飛船，然后組隊(duì)前往火星。

1. 火星探險(xiǎn)隊(duì)包括10艘飛船上，帶上70名船員，每艘飛船總重3720噸

2. 完成整個(gè)“艦隊(duì)” 組裝將需要46艘航天飛機(jī)在8個(gè)月內(nèi)進(jìn)行950次發(fā)射。

3. 3級(jí)火箭全都回收利用，第1級(jí)第2級(jí)靠滑翔和降落傘，第3級(jí)自己滑翔著陸。

人類(lèi)建造國(guó)際空間站，花了幾十年時(shí)間，最后搭建起來(lái)一個(gè)370噸量級(jí)的組合體。布勞恩倒是大方，組建10艘4000噸級(jí)的飛船，這根本不可能。

圖：國(guó)際空間站

以現(xiàn)在的觀點(diǎn)來(lái)看，這個(gè)太空艦隊(duì)是人類(lèi)目前無(wú)法企及的規(guī)模。我們根本做不到。布勞恩當(dāng)時(shí)對(duì)火星一無(wú)所知。到底大氣密度如何？到底地面情況如何，他全都不知道，這顯然不靠譜兒。

后來(lái)嘛，美國(guó)和蘇聯(lián)爭(zhēng)霸，搞了阿波羅計(jì)劃，去火星根本不在考慮之內(nèi)。NASA還是按照當(dāng)年馮·布勞恩的路線圖繼續(xù)規(guī)劃下一步的動(dòng)作。他們花了90天時(shí)間制定了一份登陸火星的計(jì)劃。大致來(lái)講還是走老路，建立新一代的運(yùn)載火箭，簡(jiǎn)稱(chēng)叫SLS（太空發(fā)射系統(tǒng)）

• SLS火箭多次發(fā)射，對(duì)接成1300噸的復(fù)合飛船

• 先發(fā)兩艘去火星，在一艘在火星軌道當(dāng)回家的儲(chǔ)備，另一艘降落火星表面打前站

• 相隔26個(gè)月之后，發(fā)射載人火箭，在太空里拼接成功，飛往火星。

• 半年以后，宇航員飛到火星，降落，到這里打個(gè)洞，到那里挖個(gè)坑，做好火星地質(zhì)的考察工作。

  臨走前搬幾塊石頭上飛船，點(diǎn)火起飛，和軌道上的儲(chǔ)備飛船對(duì)接，等著下一個(gè)窗口期，返回地球。

當(dāng)然，有人對(duì)這樣四平八穩(wěn)的計(jì)劃不感興趣，因?yàn)樘?，也因?yàn)镾LS是由大公司在研發(fā)。火星協(xié)會(huì)的會(huì)長(zhǎng)祖布林提出了一個(gè)新的計(jì)劃，也就是直擊火星計(jì)劃。

1. 先發(fā)一艘飛船，攜帶單程燃料，降落火星。

2. 在火星表面建立燃料工廠，電解水，捕捉二氧化碳來(lái)制造甲烷和液氧。

3. 過(guò)26個(gè)月，載人飛船飛向火星。

好處：不需要龐大的補(bǔ)給，飛船拼裝次數(shù)很少。

壞處：?jiǎn)纬倘剂希f(wàn)一出問(wèn)題，宇航員就回不來(lái)了。

原本祖布林是計(jì)劃用SLS來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)計(jì)劃，但是鑒于太空發(fā)射系統(tǒng)一直放鴿子，咕咕咕的沒(méi)完沒(méi)了。祖布林就轉(zhuǎn)向了馬斯克，總覺(jué)得這才是能完成直擊火星計(jì)劃的“天降猛男”。當(dāng)然，祖布林是預(yù)料不到我國(guó)會(huì)橫叉一杠子，同樣提出了去火星的計(jì)劃。

我個(gè)人樂(lè)觀的認(rèn)為，火箭技術(shù)本身并不是問(wèn)題。不論是馬斯克的星艦火箭還是我國(guó)計(jì)劃的核動(dòng)力火箭，都是有可能實(shí)現(xiàn)的，真正的麻煩的不在這里。

我們可以設(shè)想，最早一批去火星的人并不會(huì)很多。他們首要的任務(wù)是在火星上建立定居點(diǎn)。要知道火星和地球之間的不是隨隨便便就能來(lái)往的，每過(guò)26個(gè)月才會(huì)出現(xiàn)一次窗口期。在這26個(gè)月里，宇航員必須準(zhǔn)備好足夠返航的燃料?；鹦巧媳囟ㄊ怯惺孪劝l(fā)射著陸的燃料加工場(chǎng)的，會(huì)有大片的太陽(yáng)能板，有吸取二氧化碳和水制造甲烷的裝置，有存儲(chǔ)液氧和液態(tài)甲烷的大罐子。宇航員們一定是不會(huì)有空閑時(shí)間的，而且人數(shù)少了還不行，7~8個(gè)人應(yīng)該是少不了的。

阿波羅登月的時(shí)候，宇航員可以住在飛船里，一切生命維持系統(tǒng)都依靠飛船。但是飛往火星可不能這么做，宇航員們必須在封閉空間內(nèi)堅(jiān)持很長(zhǎng)時(shí)間。這就要求在這個(gè)封閉空間里建立起一個(gè)小型的生態(tài)圈。

人類(lèi)在亞利桑那州曾經(jīng)建立過(guò)一個(gè)小型的封閉系統(tǒng)，在這個(gè)1.3萬(wàn)平方米的封閉空間內(nèi)，內(nèi)部設(shè)置了沙漠，沼澤，荊棘，雨林，熱帶草原，甚至是海洋。同時(shí)為人類(lèi)居住者分配了一個(gè)生活區(qū)和一個(gè)農(nóng)業(yè)區(qū)。為了模擬地球的生態(tài)環(huán)境，在這個(gè)封閉環(huán)境內(nèi)引入了大約4000個(gè)物種，是盡量模擬自然環(huán)境，這個(gè)實(shí)驗(yàn)就是赫赫有名的地球生物圈2號(hào)。

圖：地球生物圈2號(hào)

地球的生物環(huán)境之復(fù)雜，目前不是人類(lèi)能掌握的，地球生物圈2號(hào)看似面面俱到，看似考慮周全。其實(shí)從一開(kāi)始，生態(tài)平衡就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)人造的環(huán)境之中，以往的農(nóng)業(yè)經(jīng)驗(yàn)到底還是不是適用，誰(shuí)也不知道。第一年大家都沒(méi)經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)的糧食根本都不夠，參與實(shí)驗(yàn)的人員一個(gè)個(gè)都面黃肌瘦，營(yíng)養(yǎng)不良。到了第二年還算是好了一點(diǎn)，大家的體重才開(kāi)始回升。

與此同時(shí)，大家發(fā)現(xiàn)這個(gè)封閉環(huán)境之中的氧氣濃度在緩慢下降，最終降低到了危險(xiǎn)水平，有幾個(gè)人快撐不住了。不得已，外界往生物圈2號(hào)里面補(bǔ)充了一些純氧，讓大氣的氧含量恢復(fù)正常。但是這本質(zhì)是作弊行為，是開(kāi)外掛，在火星真實(shí)環(huán)境之中，是沒(méi)法開(kāi)外掛的。

植物和動(dòng)物的呼吸都會(huì)放出二氧化碳，植物通過(guò)光合作用，吸收了碳元素供自己生長(zhǎng)，釋放出了氧氣，供生物呼吸。這個(gè)循環(huán)應(yīng)該是守恒的。那么，少掉的氧氣去哪兒了呢？如果是微生物消耗了大量氧氣，應(yīng)該排放出對(duì)應(yīng)數(shù)量的二氧化碳??？可是二氧化碳數(shù)量并沒(méi)有上升。后來(lái)才發(fā)現(xiàn)，混凝土在硬化過(guò)程中吸收了這些二氧化碳。碳的循環(huán)開(kāi)始失衡，整個(gè)生物系統(tǒng)開(kāi)始逐漸走向衰敗。

與此同時(shí)，生物圈2號(hào)的內(nèi)部生態(tài)也出了問(wèn)題。大量的授粉昆蟲(chóng)滅絕，一種熱帶螞蟻與蟑螂大量滋生，成為優(yōu)勢(shì)物種，并承擔(dān)起一部分授粉的責(zé)任，這實(shí)在是出乎大家意料。

不僅如此，人也出問(wèn)題了，住在地球生物圈2號(hào)里面的8名研究者甚至分成了兩派互相對(duì)抗。鬧得不可開(kāi)交，人際關(guān)系也崩潰了。最后，實(shí)在是撐不下去了，這次實(shí)驗(yàn)以失敗告終。如果這種事情發(fā)生在火星上，后果必然是災(zāi)難性的。這就是人類(lèi)登陸火星可能會(huì)遇到的第一個(gè)難關(guān)。

這還僅僅是第一個(gè)難關(guān)，后邊的麻煩還多著呢。

想知道后面還有什么麻煩，關(guān)注“科學(xué)聲音”，下周接著聊。