火星的孩子

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“20年内，百万人移民火星！”

这是马斯克近日再谈“火星移民”计划时的大胆预测。那片与地球平均相距2.25亿公里，荒凉、孤寂的红色土地，或将成为人类首个移民星球。

依然是马斯克式的语出惊人。当网友不自觉地陷入正反两方的辩论时，意味着曾经被视为荒诞的想法已经成为议题，被认真地讨论了起来。

即使还遥遥无期，火星已然是一个需要精打细算去接近的科学目标——既是无人之境，也是可见的星辰大海。

5天前，在中国航天大会主论坛上，中国公布了“火星计划”最新进展：2030年左右实施火星采样返回任务。中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁说：“纵观世界各个国家的进展，我们有望成为第一个火星采样返回的国家。”

去年“中国航天日”，中国首次火星探测火星全球影像图（东西半球正射投影图）发布。 图片来源：国家航天局官网

在追逐星海的势力中，“国家队”也不再是唯一力量。受到SpaceX的鼓舞，民营航天公司正在用自己的方式，以大规模降低火箭发射成本为目标，进入了航天探索的赛道。商业航天也被写入了今年的“政府工作报告”。

400多年前，开普勒在给好友伽利略的信中写道：“我们应该建造适合飞向神圣天空的船与帆。然后，也会有这样的先驱者，面对无边的太空，他们毫不退缩。”

火星，也许是个再好不过的开端。

一块石头的一小步

在中国科学技术大学的一间实验室里，一台方正的机器人穿梭于操作台间，伸出“手臂”不慌不忙地配制试剂。

图片来源：中国科大

它是“AI化学家”小来。从数百万材料的可能组合中找到最优解，很多科研人员可能穷其一生都无法完成，而它或许只需一两周。

小来第一次在全国人民面前亮相，便引起了不小的轰动。去年11月底，中科大精准智能化学实验室和深空探测实验室合作，通过小来成功完成研发火星制氧催化剂的实验。

图片来源：《自然-合成》

精准智能化学实验室负责人江俊教授介绍，从5种不同的火星陨石中提取并研制催化剂，有376万多种排列组合，按每个实验验证至少5小时算，人类团队找到最佳配方需要2000年。而小来自主学习5万多篇相关化学论文后，只用5周就给出了优化后的催化剂配方。

这一成果发表在国际学术期刊《自然-合成》（Nature Synthesis）上。《自然》新闻（Nature News）认为，“基于火星陨石的制氧材料”与NASA（美国国家航空航天局）的火星氧气原位资源利用计划（MOXIE）相比各有优势。

所谓的“原位资源利用”，其实就是收集并利用一颗星球上的材料，来制造原本不得不从地球上带去的资源，目前也是热门研究领域。

2021年，MOXIE随美国“毅力号”火星车登陆火星。之后的近两年半，这个只有微波炉大小的仪器，开始证明自己可以完成一棵树的使命——利用火星上富含二氧化碳的大气制造氧气，它可以满足一个人每天所需的氧气。

MOXIE位置示意图

小来的诞生前后历经9年时间，背后站着一群不同学科的科研人员：大规模采集教科书、论文中的化学知识，搭建化学材料大数据库；全校上百名同学接力完成对海量文本数据的人工标注，培育“化学大脑”；大脑有了，机器人领域的团队上场，为它配备“手臂”……

直到新一轮人工智能浪潮的来临，它的能力进一步被拓展。

从严格意义上说，小来不是为了专门解决移民火星的问题而生的，并且和MOXIE一样，还无法大规模制造氧气，但实验的成功，至少证明了“就地取材”的可行性。

火星制氧的这一小步，可能就是火星移民的一大步。

“它可以替代人类进入各种恶劣环境，有望成为人类在外星球建立定居点的先头部队。”在江俊看来，小来为克服未来星际任务中便携制氧和原位资源利用难题探索出了新路线。

诱人的红色星球

“在北半球晴朗的夏夜，抬头往东南方向看，双鱼座、海王星的附近，有一颗若隐若现、略带一丝暗红色的星球，那便是火星。”这段浪漫的话，出自“火星叔叔”郑永春博士之手。

天问一号探测器拍摄的南半球火星侧身影像 图片来源：国家航天局官网

光看这个外号就知道，他对这颗红色星球有多着迷。“它有着与众不同的颜色，人们很容易就注意到它并产生好奇。所以，火星并不是这几年才火起来的，千百年来，它一直是人类探索宇宙的重要观察对象。”

从汉代开始，火星就被称为“荧惑”，一方面因为颜色与火光相似，另一方面是它“走位”飘忽，时而亮时而暗，有时顺行有时逆行，时隐时现，让人捉摸不透。

当人类真正用科学的眼光看待头顶的宇宙之后，火星的地位被进一步提升。

“人类迄今已进行230多次太阳系探测，探测结果显示，整个太阳系的8大行星、5颗矮行星、200多颗卫星中，只有火星有可能经过改造实现大规模移民。”郑永春列举了一系列数据，火星上的一天是24小时多一点，和地球差不多；火星夏天正午的赤道地区温度可达20℃，非常舒适；火星还有一年四季，冬天南北极冰盖扩大，整个星球表面非常清晰……

2021年3月4日，国家航天局正式公布首批“天问一号”拍摄的全色图像，分辨率约0.7米，成像区域内火星表面小型环形坑、山脊、沙丘等地貌清晰可见。图片来源：国家航天局官网

总结起来，太阳系最靠近太阳的4颗行星，水星、金星、地球和火星，火星与地球环境的相似度最高。

既然如此，在火星建立“第二家园”的设想开始在以马斯克为代表的人类精英的脑海里浮现并蔓延开来：在地球出现灭顶之灾或资源枯竭时，这颗红色星球是不是可以成为人类文明延续的备用舱？

“或许人类天生就有‘寻找新家园’的冲动，从大航海时期发现新大陆，到航天时代寻找下一颗宜居星球。”曾参与“天问一号”火星探测任务的中国科学院国家空间科学中心研究员、中国航天科普大使刘勇说。

剩下的问题似乎就是，怎么做以及什么时候能做到。

《流浪地球》里，整个流浪计划需要100代人来完成。在郑永春看来，现实中，人类向火星迁移并在那里新造一个文明社会，同样是一项庞大的系统工程，需要一代接一代人的努力。

对于马斯克“20年以内”的说法，即使对火星和星际探索怀抱梦想的科学家、火箭学家等都觉得过于乐观。

毕竟摆在人类面前的事实是，从20世纪60年代苏联发射首颗火星探测器开始，全球多个国家就开始积极推进火星探测，目前已向火星发射40多个空间探测器。但成功着陆火星的，目前只有中国和美国。

马斯克究竟有多认真？

但这并不妨碍马斯克像疯子一样认真。

下个月，SpaceX的重型运载火箭系统“星舰”将进行第四次发射试验。作为迄今全球体积最大、推力最强的运载火箭，星舰将是马斯克移民火星计划的核心承载器。

图片来源：SpaceX官方X平台账号

这个承载着马斯克火星终极梦想的火箭系统，总高度约120米、重500万公斤，可装载100吨货物、100名人类乘客。

它由超重型助推器（配备33台猛禽发动机），以及星舰飞船（搭载6台猛禽发动机）两部分组成。后者分离后，将继续前往太空执行任务，包括将货物或乘客送到地球轨道、月球、火星，甚至是太阳系其他地方。

图片来源：SpaceX官方X平台账号

当年，在大部分人认为马斯克疯了的时候，这位从小受科幻经典《银河系漫游指南》影响的太空爱好者，仔细阅读了《火箭推进基本原理》，在草稿纸上开列人类如果飞往火星需要解决哪些现实问题，以及如何将成本降到可实现，带更多的人去。

于是，SpaceX苦心研发可回收的火箭；星舰采用特殊的不锈钢材质，成本仅是碳纤维的3%；星舰也有多个版本，包括可以执行在太空加油的燃料舰；发射原料也选择了更易获得、成本更低的液氧甲烷——马斯克选择它的另一个原因是，只要一颗星球上有水和二氧化碳，理论上就能合成。

是的，他真的认真考虑了如果把人类送上火星，如何成功返回的问题。

在这一系列动作下，SpaceX将入轨成本，可以简单粗暴地理解成为送货物或者人类上太空的成本，从2011年的22500美元/千克，降低到了猎鹰9号成功发射时的2000美元。如果星舰能成功发射，这一数字将降到更惊人的100美元/千克。

楚龙飞是一名火箭工程师，也是一名很早就参与中国商业航天浪潮的创业者，参与创办了国内第一家民营航天公司翎客航空。

在他看来，马斯克和SpaceX最核心的贡献之一，是打破了制造火箭的技术“神圣感”。在他们出现前，全球几乎都是将火箭制造当成科研来做。“我们通常看到的是一群科学家和工程师，在非常干净的厂房里，穿着白大褂在工作，这会带来研制效率的降低，并且无形中增加了许多成本。”

在马斯克的带领下，SpaceX把火箭当成未来常用的交通工具来做，回归到了制造业。比如，他提出为何火箭要横着来制造，造好之后再花大代价竖起来，为什么不一开始就竖着打造，还能利用重力降低一些拼接成本。

图片来源：SpaceX官方X平台账号

“SpaceX的火箭研制场就是露天环境，刮风下雨时直接把设备里的水倒出来继续做，通过必要的地面试验和技术手段来保证质量，成本也降下来了。”楚龙飞认为SpaceX的出现，为造火箭提供了全新的思路，最终的结果也说服了越来越多人，让“火星移民”看起来有那么点意思和可能了。

从“中国印记”到“宇宙快递”

在探索太空这件事上，马斯克认为最大的竞争对手不是美国同行蓝色起源，而是正在快速崛起，并且被低估的中国航天。去年5月30日，他对一条新闻发表评论：中国的航天计划发展比大多数人认为的更加超前。

新闻的主要内容是，中国探月工程总设计师吴伟仁透露，“到2030年，中国人的足迹一定能够踏上月球。这不是个问题。”

2030年，也可能是“天问三号”实施火星采样返回任务的时间。

“日月安属？列星安陈？”2000多年前，楚国诗人屈原仰望星空，发出了《天问》。2021年5月15日，“天问一号”探测器在浩瀚的太空里飞行了202天抵达火星。一周后，祝融号火星车缓缓迈出了0.522米的第一步，因为在碳化硅车轮上印着“中”字形的浮雕，它在火星表面留下了名副其实的“中国印记”。

“祝融号”（左）与着陆平台合影 图片来源：国家航天局官网

当年，火星车行驶到着陆平台东偏南60°方向约6米处，拍摄下着陆平台影像图。图片来源：国家航天局官网

中国科学院国家空间科学中心研究员刘勇参与了火星粒子探测仪的研发工作，这台仪器探测火星的粒子逃逸，研究火星的水和大气消失的原因。“我们已经明确火星在几十亿年前是有大量液体水的，‘天问一号’把这一结论往前推了一小步，证明火星在20亿年前仍有液态水活动。”

对于“天问三号”去收取“宇宙快递”，他充满了期待：“下阶段要实现一个重大的技术跨越，就是首次从火星上飞起来。”

他表示，目前为止，人类只从月球上回来过，而从火星起飞的难度比月球高出太多。以逃逸速度举例，月球上的逃逸速度是1公里/秒，而火星上的逃逸速度约6公里/秒。从能量的角度来换算，能量是速度的平方，也就是月球起飞所需的36倍。

去火星取样似乎也成为中美官方航天机构角力的“赛场”。目前，NASA火星车“毅力号”正在采集火星岩石样本，但计划于2028年用来接它回家而向火星发射的着陆器和轨道飞行器可能赶不上进度， 意味着它很有可能无法赶上2030年的返回窗口。

“毅力号”采集封装的火星样品 图片来源：国家航天局官网

如果这样，“天问三号”和搭载的火星车很有可能实现弯道超车，率先完成人类航天史上的另一个创举。

“不会成功”和一堆难题

SpaceX员工曾认真问过马斯克：在你的有生之年，“火星移民”计划会成功吗？意外地得到了否定的答案：“不会！”这是技术狂人对内所展现的“现实”一面。

那么，就现有的科技来说，移民火星还有哪些可以预见的难题？

现任翎客航空CTO楚龙飞想到的是“距离和时间”，火星和地球最近的距离差不多是5500万公里，最远达4亿公里。

“在太空中长时间行驶的任务对人类来说是个巨大的挑战，也是技术上必须要考虑到的问题。”他说，“例如人在长期的低重力状态下生活是否会对身体造成伤害？如何避免宇宙辐射对人神经系统造成损伤？在黑漆漆的环境中飞行5-6个月，人的心理是否会产生问题？”

长时间的飞行对火箭的空间载荷能力也提出了更高要求，楚龙飞分析，出发前往火星的火箭要考虑三个阶段的需求。

首先是出发阶段，除了运人之外，还要考虑5-6个月长途飞行中人所需要的水和食物。然后是达到阶段，人类起码要生活半年到一年时间，直到下一个窗口期到来才能返航。这期间生活在火星上所需的水和食物以及建立基地所需的物资材料都需要考虑。

科幻电影《火星救援》中，男主到了火星后种植土豆。

“最后是返航阶段，返回时所乘坐的飞船、返程所需的食物和水也需要在出发时一并带上。因此这个火箭的运载能力就需要呈几何倍数的增加。”

到了火星，生存也是很大的问题。目前没有发现任何证据证明火星上存在生命的痕迹，而且火星的大气非常稀薄，其中95.3%是二氧化碳，夜间最低温度达到零下一百多摄氏度。火星地表遍布沙丘、砾石和撞击坑，而且没有稳定的液态水。

“祝融号”拍摄的火星地貌 图片来源：国家航天局官网

这也是为什么马斯克曾经突发奇想，提出要用10000颗氢弹改造火星。

“火星叔叔”郑永春想得更遥远：“除了技术层面的问题，火星移民还涉及全新的文明、社会体系的建立。人类登陆火星后怎么划分国家、领土？在火星上人类如何生存？是否需要新的法律和社会制度？这些问题都需要有人来开展前瞻性的预测和预演。”

“临浦”的回响

天文爱好者和科幻迷喜欢引用世界航天之父齐奥尔科夫斯基的一句话：地球是人类的摇篮，但人类不可能永远生活在摇篮之中。

楚龙飞说，马斯克提出了一个非常宏大但他个人非常认可的愿景，“我相信移民火星是人类社会早晚要走出去的一个阶段，即使不是20年，即使不是由马斯克来完成，人类将来也一定要走出地球，在外星球建立新的聚居点”。

某种程度上，正是有了这样的念念不忘，全球的航天事业才迎来了各种回响。

两年前，当“天问一号”携带的“祝融号”火星车正式着陆火星地表，附近一个叫“临浦”的陨石坑突然走入大众的视线。它的命名正是源于浙江省杭州市萧山区的临浦镇。临浦是“火星村”的消息不胫而走。

根据国际天文联合会发布的信息，火星上的“临浦陨击坑”直径为18.16公里，紧挨着火星上最大的平原——乌托邦平原，1976年通过名字审批。

图片来源：@天文博物馆

关于它怎么和萧山临浦扯上关系的，一种比较合理的解释是：火星上大部分地名是根据地球上相应的地质特征来命名的，也有一些是根据其寓意而取名的。也有天文爱好者猜测，或许是20世纪70年代，某位对临浦镇有感情的科学家在机缘巧合下将它以此命名。

遗憾的是，这件事在媒体推动发酵后，至今没能找出给临浦和火星牵线的这名“月老”。

不过，两年后，在深空领域，“浙产”卫星、“浙产”火箭在太空上留下了自己的名字。翎客航天成立的2014年被认为是民营航天的元年，到今年，刚好是10年时间。以楚龙飞为代表，热血的民营航天人正在为成为中国版的“马斯克”而努力。

同样以技术对标SpaceX为目标，这段时间，蓝箭航天的所有工作人员都紧绷着一根弦。半个月前，他们的“朱雀三号”可复用火箭垂直起降回收试验箭在嘉兴顺利完成“10公里级飞行”改造和总装工作，目前已全面转入最后的总测和出厂阶段。

不出意外，这枚火箭将于5月运抵甘肃省的酒泉卫星发射中心，6月将择机发射。

去年7月，由蓝箭航天自主研发搭载液氧甲烷发动机的“朱雀二号”，成为全球第一枚成功发射入轨的液氧甲烷火箭。

图片来源：蓝箭航天

对于为什么要在浙江造火箭，蓝箭航天CEO张昌武表示，因为浙江的制造业发达，本土及周边长三角有大量与航天配套的产业链布局，能够充分满足航天火箭生产、组装对配套环境的需求。

事实也确实如此。“朱雀二号”液氧的液体助燃剂由杭氧集团供应，他们同时还供应了宇航级氪氙气体，作为卫星入轨离子发动机推进剂。这家杭州老牌企业，从20世纪50年代开始就与航天系统共同研究相关的液氧液氮设备，为飞船提供动力，也为宇航员们“出差”提供氧气保障。

图片来源：蓝箭航天

尿不湿和方便面

去年8月，由杭州的航天企业“地卫二”自主研发的智能遥感卫星“地卫智能应急一号”成功发射，成为首颗进入太空的“浙产”人工智能卫星。

图片来源：地卫二

不同于传统卫星，这颗卫星有个“最强大脑”——一个名为“弦平台”的AI处理器，能直接在卫星上快速处理数据，免去了将数据传回地面再处理的烦琐流程。

除了单体的智能，地卫二这两年也在深耕太空计算，实现从单一领域智能模型到大模型，从智能卫星到太空计算的跨越。简单说，就是将云计算搬到太空上，为全球用户提供通用、普惠、可靠的太空计算服务。

“让太空计算成为一种公共服务。我们相当于一个应用商店，各个国家和地区可以在太空计算系统开发自己的应用。”地卫二市场方案总监李则明说。

图片来源：地卫二

目前，地卫二已在全球超过45个国家开展业务，今年将完成对阿曼的商业订单交付，其中包括首颗注册在阿曼当地卫星的履约发射。

对于商业航天的发展，此前中科宇航力箭系列火箭总设计师杨毅强在接受媒体采访时表示，现在已经悄然进入了一个市场需求和应用为主导的时代，核心需求在数据服务，但再过5年，可能会诞生太空旅游、太空制造、太空电站等需求和服务。

截至目前，SpaceX已经发射了6122颗星链卫星。今年2月，SpaceX宣布，已成功地通过“星链”卫星网络，从太空向社交平台X上发布了一个帖子。至少，当人类进入离地球不远的太空，不用担心上网的问题。

这或许可以用来解释1970年那位赞比亚修女抛给NASA的质疑：“目前地球上还有这么多小孩子吃不上饭，怎么能舍得为远在火星的项目花费数十亿美元？”NASA给出了那句经典回复：“无用之用方为大用。”

但实际上，人类对于太空的探索并不是“无用”。一直以来，中国科学院微小卫星创新研究院卫星总师陈宏宇都有个观点：航天项目也是科技进步的催化剂。

“航天的新技术中有很多都应用在日常生活的方方面面。比如卫星导航系统、卫星气象预报等技术，每天都在为我们的通信、出行保驾护航。”他说，“我们日常在使用的生活用品，很多都源于航空领域。比如尿不湿、太阳镜、方便面配料包中的脱水蔬菜，最初都是给航天员用的……”

在谈到宇宙探索的必要性时，2018年，刘慈欣曾在领取克拉克想象力服务社会奖时说过一句话：“从长远的时间尺度来看，在这无数可能的未来中，不管地球达到了怎样的繁荣，那些没有太空航行的未来都是暗淡的。”

本报道引用了国际学术期刊《自然-合成》、新华社与央视新闻对中科大精准智能化学实验室的报道，以及马斯克4月8日公开演讲。

采访鸣谢：

“火星叔叔”郑永春

中国科学院国家空间科学中心研究员、中国航天科普大使刘勇

火箭工程师、翎客航天CTO楚龙飞

地卫二市场方案总监李则明

卫星专家陈宏宇

蓝箭航天CEO张昌武

都市快报·九千光年小组

记者 童蔚 刘永丽 熊文媛 储帆

编辑 梁应杰