2020,到火星去

  工程师在火星工作概念图。美国宇航局网站供图

  “窗口”将在崭新的一年里打开。

  这是宇宙运行不经意的赠与。今年与之前的46亿年一样,行星继续在各自的椭圆轨道上围绕太阳行进。10月,火星和地球将恰好与太阳来到一条直线上,形成“火星冲日”。彼时,两个永恒的赶路者将达成最近距离。错过这次照面,要再等780天。

  为了把握住更短、更省燃料的旅途,美国宇航局和欧洲航天局的火星探测器将于7月从美国卡纳维拉尔角的航空基地出发。过去大半个世纪的18个“火星冲日”年里,全世界有48次公开了名称的、以火星为目的地的航天任务,成功的不到一半。

  今年,飞出窗口去往火星的队伍中将出现五星红旗的标识。我们将见证中国第一次真正意义上的行星探索任务。

  远征漫漫

  中国自主研发的探测器将搭乘“长征五号”运载火箭,从海南文昌发射基地出发。它将高速冲出大气层,进入绕地球轨道。接着又多次加速,奔向火星。

  旅途漫长,要历时7个月。近15年来距离地球最近时,火星与我们的距离为5500万公里。这段路足够普通民航客机飞上7年,神话里的孙悟空一个跟头能翻5.4万公里(十万八千里),到火星得翻上1019个。

  探测器抵达火星后,将狠狠踩下刹车,进入环绕火星的轨道。之后,探测器将分解为轨道器、着陆器和火星车,联手执行探索任务。据行星科学专家、中国科学院国家天文台研究员郑永春介绍,轨道器将环绕火星进行遥感探测,拍摄照片、收集数据;着陆器在隔热罩的防护下,进入火星大气层,之后用降落伞等多种技术手段进行减速,最终降落在火星表面;在着陆器到达火星表面后,火星车则会驶出,巡视这片陌生的土地。

  因为遥远,火星表面的航天器无法直接和地球联系,需要通过环绕火星的轨道器中转。而地球发向轨道器的信息,也要跨越20分钟的时差。交流中的每个问题和答案间有一段完全的空白。

  郑永春打了个比方:这些航天及其燃料都需要从地球上带过去,装载的东西太重,路程太远,小货车就帮不上忙了,需要大卡车。“长征五号”就是一架直上云霄的大卡车,常被昵称为“胖五”,起飞推量超过1000吨,全长约57米,直径5米的“腰围”比长征系列的其他火箭都要雄壮。120吨的氢氧煤油发动机提供了中国火箭能达到的最大推力,全部核心技术都是中国自主研发。

  2016年,长征五号遥一运载火箭首飞,出现故障,推迟了两个小时才出发;2017年,长征五号遥二火箭发射失利,星箭坠入太平洋。一位工程师还记得火箭熄火的那一瞬自己浑身发麻,“心像被撞了一下”。

  在赶到2020年的窗口前,“胖五”经历数次回到原点、寻找问题、解决后再出发。一位女工程师在这期间错过了孩子的3岁生日,她买了一本《你的孩子3岁了》。孩子的4岁生日过去,那本书她才来得及看了两三页。

  去年年底,长征五号遥三运载火箭明亮的火焰尾巴一路割开墨蓝色的夜,精准入轨,星箭分离。它准备好了。

  “我们曾经以为航天不会失败。”一家中国科幻产业公司的创始人姬少亭说。2013年,月球车“玉兔”搭载嫦娥三号运载火箭抵达月球表面,姬少亭还在新华社供职。她和几位年轻同事为这台机器注册了微博账号。账号传达的概念之一是,“宇宙是黑暗而危险的,航天任务是艰辛而有风险的”。

  玉兔和后来的玉兔二号俨然火星车的前辈,但月球探测和火星探测的环境截然不同。据郑永春介绍,月球土壤颗粒尖锐,月尘带有静电,火星不存在这一问题。火星上的大气则比空气稀薄的月球表面麻烦很多。它可能带来尘暴,覆盖电池板。气压和风向无法预测的气流给着陆器下降增加着不可控的变量。

  火星工程探测器系统副总设计师贾阳曾对媒体表示,中国的火星车将有一对“更大、更漂亮”的翅膀,努力对着太阳的方向。它还将“具有较强的自主能力,自主实现环境感知、路径规划、科学探测、故障诊断等功能”。

  “技术层面上,月球任务与火星任务的共同点很少。”郑永春说,“但中国探月计划和火星计划的承继性是很明显的。”

  继承下来的,是人。

  不少中国航天探月工程的成员进入火星探索的班底。年轻人曾驻扎在戈壁滩上,利用类似月球表面的环境展开实验。他们早晚跑步,越跑越远,直到驻地附近出现了狼。他们拍摄月亮、爬过仪器的小蜥蜴、食堂拉面的大师傅。驻地的大石头上刻着“望舒”,取自屈原的诗句,意为月亮上驾车的女神。

  在郑永春看来,一次航天任务的背后是成百上千的航天人和他们组成的大国航天系统。它庞大而精细,各个分支互相影响,需要共同合力实现技术指标,需要在确定的时间节点交付产品,不同分支还需要进行联合调试,确保系统运行顺畅。一步出错则数步延误,一点成功又带动多点。它也在一次又一次的远航中成熟起来,学会启动更加了不起的旅行,学会处理失败。

  那是一段更长的路。中国火星工程立项于2016年,探月工程则开启于2003年。“两弹一星”元勋钱学森说:“系统工程与总体设计部思想才是我一生追求的。它的意义,可能要远远超出我对中国航天的贡献。”那是30年前,中国载人航天“921”工程展开的前一年。

  岁月悠悠

  美国宇航局每个财年的预算需要获得国会审批,2020年总计210.2亿美元,比前一年减少了4.8亿美元。中国航天工程的持续发展战略经常为郑永春的外国同行所讨论。在好莱坞电影《火星救援》里,“五星红旗”以破局者的形象出现。当救援陷入僵局时,中国大推力运载火箭“太阳神号”出现了。电影的原著作者是美国宇航局的一名工程师,这本科幻小说则以贴近现实而著称。

  中国的第一次,也将会是世界火星探测历史上的第一次:一次任务实现轨道器的“绕”、表面着陆器的“落”、火星车的“巡”三个目标。

  这一大步,跨过了人类火星探索的60年。上世纪60年代,美苏争霸开启了探索星空的竞赛。第一颗进入行星轨道的“卫星斯普尼克1号”升空仅3年后,火星征程就开始了。此后10年里,苏联和美国12次尝试飞跃火星,仅4次成功,拍摄了图像传回地球。大多数时候,探测器抵达地球停泊轨道就被困住了。

  上世纪七八十年代则在火箭相继升空的点火声中度过。在电视机和收音机旁,民众听着倒计时,挥舞着小旗帜,一边叹气,另一边便欢呼。东西世界争相凿出星空之路。从“火星2号”到“火星7号”,从“水手7号”到“海盗2号”,形态各异的探测器们冲入火星轨道,有的燃烧在下降路上,有的撞碎在火星表面,有的则突然信号全失。

  贯穿于这个时代的还有“银河系食尸鬼”的传说,一个巨大贪婪的生物,横亘在去往火星的道路上,把探测器们都吃掉了。

  上世纪90年代始于两个句号。1991年,苏联解体,俄罗斯继承了火星航天项目,财政危机让这个项目停滞了5年。1993年,美国宇航局的“观察者号”失联,8.13亿美元湮灭于深空,差不多是原预算的4倍。美国宇航局提出了新的火星探索指导方针:更快,更好,更便宜。

  火星车出场于2000年后。勇气号、机遇号和好奇号先后踏上火星表面的旅途。它们路过峡谷,岩壁投下的阴影可以长达数百米;它们路过平原,一连数个火星日都面对一望无际的地平线;它们也在颠簸的丘陵艰难跋涉过放射状的岩石裂缝和流沙。它们穿过尘暴,沙土被抛向离地几百米高的大气中,视野所及皆是黄色;它们也经历过晴朗寒冷的天气,地球远悬头顶,像一枚蓝色弹珠。

  火星不再是天空中的红色战利品,而是一个需要精打细算去接近的科学目标。一位美国宇航局“2020火星计划”的工程师谈及此次与欧洲宇航局的合作,坦然表示:火星意味着花钱,一次任务耗费数亿美元,寻找盟友是必然之选。

  国家也不再是星海中的唯一力量。商业航天公司发展起来,在这个追求实惠的航天时代,以降低宇宙航行成本为追求。其中,美国的SpaceX公司占据全球发射市场总量的五分之一,蓝色起源则在火箭引擎研发上一骑绝尘,他们各自赢得数十亿美元的火箭发射合同。

  一本描述商业航天的畅销书写道:竞争是推动火箭发展的最佳燃料。在这个全新的赛道,竞争的激烈不亚于曾经铁幕两端的情况。SpaceX和蓝色起源均公布了移民火星的计划,那是他们势在必得的下一站。

  星海茫茫

  2019年11月,在位于河北省怀来县的地外天体着陆综合试验场,我国首次火星探测任务着陆器悬停避障试验圆满完成。在模拟的火星约为地球三分之一的重力环境里,着陆器悬停、避障、缓速下降。

  目前,尚不能获知它将降落于火星何处。据郑永春介绍,着陆的地点与探测器发射时地球与火星的相对位置有关,还需要兼顾科学性与安全性:要较为平坦,不出意外;也要有足够丰富的研究对象。

  这颗红色行星表面有太多备选着陆区域。它的两极覆有冰盖,赤道处密布着细密的河网遗迹,记录着曾经存在的水文运动。它的山峰比珠穆朗玛峰还要高两倍,峡谷比科罗拉多大峡谷还要深,洪水的切割范围,比地球上任何地方都大得多。

  人类曾一度寄望在火星上发现生命。连缀的陨石坑出现在19世纪天文学家的望远镜里,一度被认为是某类文明的运河系统。1976年“海盗一号”拍摄的一张照片上,丘陵的光影酷似一张脸。

  在姬少亭看来,火星成为星际探索的当红目的地,也是人类幻想的流行载体。因为人类的孤独和好奇心。

  以它为主角的故事映衬出当年最迫切的欲望。一战、二战的夹缝里,火星负责带来长着触角或喷出烈火的外星侵略者。一部描述火星入侵的广播剧曾让大半个美国陷入恐慌。太空时代到来后,火星成为实现野心的殖民地,描述人类在火星建立社会、发展经济政治的《火星编年史》和《火星》三部曲成为经典。

  姬少亭发现,近10年来,美国和欧洲的主流科幻文学已经很少讨论火星上的故事了,作者们更关注“人与人的关系”,比如社会公平正义和个体权利的实现。“这可能源于缺少变化的外部环境,探索的目光自然向内投射”。

  与此同时,中国科幻迎来了作品和影视化的爆发。姬少亭觉得,沉浸在不断向外进发的热情里,“我们相信自己一定能做成”。中国科学家对火星有着种种现实层面的研究愿望,在地球上与“荒漠化”作战的中国科学院水生生物研究所研究员刘永定,曾提出想用藻类改造火星,为人类移民“开路”。我国首次火星探测任务工程总设计师张荣桥曾表示,深化对火星演变的认识,可以为保护地球、扩展人类生存疆域进行探索。中国科学院院士、中国探月工程首任首席科学家欧阳自远则干脆表明,火星完全能被改造为生机盎然的“小地球”,使“地球-火星”成为人类社会持续发展的“姐妹共同体”。

  郑永春多次到达广西、陕西、安徽、青海的群山深处,为那里的小学生做科普。他去过的学校,硬件和城里的学校相差不多,有新建成的教学楼和电教设备。但一些地方的孩子们告诉他,从未上过科学课,因为没有老师会教。他们几乎从未听说过2020年会在火星上行驶的中国小车。

  郑永春给他们讲宇宙。比起城里的同龄人,山里的孩子们很羞涩,不会积极提问,但也极专注,不会频频查看手机。他们好奇的表现太过明显——整个人从眼睛开始发亮。在这群孩子中间,郑永春的名字正是“火星叔叔”。

  中青报·中青网记者 王梦影 来源:中国青年报

 

【编辑:罗攀】