【leyu科技】前不久，馬斯克說愿將火星作為安眠之地。他曾多次提及，未來人類或成為跨行星物種。但問題是，現(xiàn)在人類如何登上火星還是一個問題。

　　《三體》中的人類也面臨類似的問題，只不過更加危急。小說中，為了對付三體人，人類決定研發(fā)恒星際飛船，但陷入了推進(jìn)動力的路線分歧之爭。一派主張傳統(tǒng)的核動力工質(zhì)路線，另一派主張核動力無工質(zhì)路線，以輻射驅(qū)動飛船。結(jié)果處在上位的幾個老航天仍然主張老路線，這讓章北海動了殺心。在他看來，他們阻礙了人類發(fā)展（逃亡）。

　　同樣，未來人類要登上火星，能不能利用現(xiàn)有技術(shù)和資源，做更有前瞻性的研發(fā)？

　　目前，像NASA的“毅力號”、阿聯(lián)酋的“希望號”以及中國的“天問一號”這些火星探測任務(wù)紛紛成功，或許你會覺得上火星輕而易舉。但實際上，向這紅色星球發(fā)射探測車或軌道器與在那里建設(shè)能夠維持人類生存的基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)體系，完全是兩碼事。

　　盡管化學(xué)推進(jìn)方式已帶領(lǐng)我們涉足太陽系多處，但要邁入人類太空探索的新紀(jì)元，僅憑過去五十年的技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，我們必須探索新的推進(jìn)技術(shù)作為補充。

化學(xué)推進(jìn)

　　要把火箭送上太空，穿越地球大氣層，沖破重圍，你得有足夠大的力量。這股力量既要對抗大氣層的阻力，還得戰(zhàn)勝拽著物體往下墜的重力。

　　從上世紀(jì)50年代至今，人類一直用化學(xué)推進(jìn)的方式給火箭加油。實質(zhì)上，就是點燃燃料和氧化劑的混合物（推進(jìn)劑），產(chǎn)生的熱能讓火箭里的物質(zhì)膨脹，然后高速噴出尾部，形成推力。這股力量強大到足以推動火箭突破重力束縛，飛向地球之外的浩瀚宇宙。

　　化學(xué)推進(jìn)的最大優(yōu)勢就是快，能讓火箭飛得非常迅猛。但這并非效率最高的方案。

　　盡管化學(xué)推進(jìn)原理多年未變，技術(shù)卻在進(jìn)步，比如對新型燃料的研究。

　　燃料效率關(guān)乎能量密度，即單位體積能儲存多少能量。氫雖然燃燒能釋放大量熱，但因輕且密度低，難以儲存，所以不實用。

　　現(xiàn)在火箭多用煤油，類似于噴氣燃料，但甲烷或天然氣作為燃料正受到關(guān)注。甲烷成本更低，因為天然氣資源豐富且易于提取。

　　另一研究焦點是改進(jìn)發(fā)動機，比如美國團(tuán)隊研究的旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機，能用較少燃料產(chǎn)生更多推力。精細(xì)控制燃料和氧化劑的輸入，能更高效增壓，減少對大型壓縮機的依賴，更高效利用燃料。

　　為何不用SpaceX的電力推進(jìn)方式？因為電力推進(jìn)無法產(chǎn)生足夠的推力讓火箭離地，力道不夠。

　　因此，短期內(nèi)化學(xué)推進(jìn)仍是發(fā)射火箭的必需。但一旦進(jìn)入軌道，情況就變了。太空飛行如同開啟了定速巡航，無需對抗空氣阻力和重力，甚至可以借助行星和衛(wèi)星的引力。此時，更高效的推進(jìn)系統(tǒng)將接手。

電力推進(jìn)

　　一旦火箭抵達(dá)軌道，往往需要微調(diào)航線——做些小幅度的速度調(diào)整，確保它按正確路徑行進(jìn)。這時，就需要一套推力系統(tǒng)發(fā)揮作用。啟動車輛時，你得用上幾千牛頓的力，讓它從靜止?fàn)顟B(tài)提速、克服自身重量與地心引力騰空而起，這也正是大型火箭存在的必要性所在。但在軌道上，重力不再是阻力，你要克服的主要是自己的慣性速度。

　　調(diào)整航天器航向的方法多種多樣。推力，說白了就是動力。你排放質(zhì)量，拋射物質(zhì)，依據(jù)反作用力原理，它會反向推動你。關(guān)鍵在于拋射的質(zhì)量大小，以及拋射速度。

　　對于小型衛(wèi)星而言，常用的手段是電推進(jìn)技術(shù)。它們借助太陽能板收集的電力，將氣體推進(jìn)劑電離化。隨后，這些電離氣體經(jīng)由電子或磁場加速，從衛(wèi)星尾部噴射而出，從而產(chǎn)生推力推動航天器。

　　這是一種極其高效的方案，相較于化學(xué)推進(jìn)，燃料利用率能提升高達(dá)90%。

　　電推進(jìn)質(zhì)量消耗極小，所需的速度來產(chǎn)生推力也不多。電子推進(jìn)系統(tǒng)幾乎能電離任何物質(zhì)，這意味著可以靈活選用任何可獲取的材料作為推進(jìn)介質(zhì)。

核能推進(jìn)

　　很多人談“核”色變，但事實上，核動力可能是通往遙遠(yuǎn)行星的關(guān)鍵。

　　核能非常高效，它通過反應(yīng)堆產(chǎn)生熱量，這股熱能使推進(jìn)劑加速，進(jìn)而噴射出去產(chǎn)生推力，相比化學(xué)推進(jìn)器，它能更高效利用推進(jìn)劑。

　　核能的另一大優(yōu)點在于可持續(xù)性?；瘜W(xué)推進(jìn)是燃燒完即棄的模式，一旦燃料用盡，能量也就釋放完畢，隨之流失。而核系統(tǒng)中的鈾或钚資源持續(xù)在那兒，不會消失，通過維護(hù)反應(yīng)堆芯，系統(tǒng)得以持續(xù)運作。

　　盡管反應(yīng)可持續(xù)，產(chǎn)生的熱量仍需轉(zhuǎn)化為推進(jìn)物質(zhì)。理想情況下，我們不希望耗盡反應(yīng)堆中的鈾或钚。有利的是，被加熱的物質(zhì)可以是氣體或固體，氣體因其對熱反應(yīng)更佳而更具吸引力。

　　在太空真空環(huán)境中，需自帶氣體；但在火星這類有大氣的星球，理論上可直接利用二氧化碳等大氣氣體作為推進(jìn)劑。

寫在最后

　　人類正處于載人火星任務(wù)籌備的初級階段，規(guī)劃未來步驟時，實際需求和成本等現(xiàn)實因素是我們必須考量的重點。人類不可能將所有雞蛋放在一個籃子里，按照現(xiàn)有的技術(shù)條件，上面任何一種技術(shù)都不可能成為主導(dǎo)路線，應(yīng)該根據(jù)具體任務(wù)需求來靈活選擇不同的推進(jìn)方案。

　　人類上火星，得綜合運用核動力、電力推進(jìn)和不可或缺的化學(xué)推進(jìn)。比如，可以先用電推進(jìn)系統(tǒng)運送基地模塊等物資，利用核推進(jìn)在地球與火星間建立穩(wěn)定的運輸走廊，最后用化學(xué)推進(jìn)把宇航員送入軌道。

版權(quán)所有，未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載