通向火星之路_航天技术
许多科学家从没放弃火星上能找到生命的信念。他们认为，火星的环境与地球极相似，在火星表面的其它地区，甚至在火星表面以下的深处，完全有可能存在某种形式的生命。因此，科学家们建议，不仅要发射无人飞船到达火星表面，选取所需的土壤和岩石标本，送回地球进行系统分析与化验。而且应发射载人飞船，派遣航天员亲自到火星上实地考察，以期最终揭开火星生命之谜。
载人火星探测，是人类生存的疆域从地球延伸到月球，再从月球延伸到火星的尝试与开端，是迄今为止航天史上最为宏伟的飞行计划。它的特点是飞行时间长，有效载荷重量大。据估计，完成火星往返一次任务长达 2～3 年之久，远远超过了现今在空间安全停留的航天最高纪录。科学家们预计，如果实现两名航天员在火星上着陆，飞行中所用的多种类型的飞船、给养和燃料的总重量将有 1600 多吨，大大超过了现今使用的任何一种运载工具的能力。显而易见，载人火星飞行的技术难度，比载人登月大得多。一些具有远见卓识的科学家预言，在航天时代的今天，如果能充分利用现有的航天技术，再开辟若干新的航天技术途径，在 21 世纪中期，实现火星载人飞行和着陆完全是可能的。
从地球到达月球比较近，大约只有 38 万千米，而从地球到达火星则非常遥远，远隔 4 亿千米的浩瀚太空，单单是这一距离上的飞跃就对寻找最佳飞行航线提出了极为苛刻的要求。科学家们制定了四种基本方案，但哪种方案都有其长处和不足之处。第一种方案是采用共轭飞行方式，当飞船把航天员送上火星时，地球正处在太阳的另一侧，飞向火星的时间大约为 9 个月，航天员在火星上逗留 1 年半，直到地球与火星又一次聚会时返回地球，飞回所需的时间约为 6～9 个月。第二种方案是会合型方式，这是利用地球与火星交会时登上并离开火星，飞行时间很短，只有 1 个月左右，但在火星上只能呆 20 天时间。第三种方案是金星借力型方式，飞船首先借助金星引力向太阳方向飞行，然后再转向火星。第四种方案是飞掠返回方式，第一艘飞船到达火星后放出着陆舱便直接返回，在第一艘飞船出发 1 个月后，第二艘飞船点火出发，飞掠火星时接回登陆舱和航天员，这种方式耗费的燃料最少。
为了降低运输费用，可以利用近地空间站、近月自由点基地和火卫一等作为中转站，这将是从月球到达火星相当经济的一种办法。法国物理学家和数学家拉格朗日曾经计算证明，在地球? 月球系中，有 5 个拉格朗日自由点，在这些点上，地球引力被月球引力抵消。如果在这些点上设太空港，保持太空港的位置就不需要消耗太多的能量。近月自由点基地可设在地球与月球之间，距月球约 56000 千米，为火星航行提供服务将特别有利。近月自由点基地可采用模块化方式建立而成，是一个设有旅馆、加油站、仓库、餐厅和机库等的综合性太空设施，并具备受控生态环境生命保障系统和人工重力环境。有了近月自由点基地，去火星基地就方便多了。等到进入火星运输高峰期，还要建成一个火星太空港。有人认为把它建设在火星的卫星火卫一上更加稳妥些，因为这里既便于对火星表面进行科学研究与考察，又可成为乘员往来和各种仪器设备等 的交通枢纽。其功能与近月自由点基地相仿，它也配备了人工重力设施。由此观之，在近月自由点基地的基础上又添加了火星太空港，人们往返于火星就更加方便了。
由于从地球或月球飞往火星技术上的复杂性，人们通过理论计算已获得多条低能量轨道。各种飞行器沿这些轨道飞行，所需的给养、燃料、各种设备以及飞行器本身重量很大，为考虑经济性和安全可靠性起见，必需把整个运输任务分成两个独立的部分，即货运飞行器和载人飞行器，并且应谨慎地选择各种飞行器的发射日期。
航天科学家受帆船的启迪设计了一种太阳帆船作为火星货运飞行器。所不同的是，它并非凭借地面上的风力，而是太空中的太阳风。众所周知，地球上有风，当风遇到物体时它会对物体产生压力，这使我们的祖先想到利用这一自然现象为人类服务，便发明了水上帆船。而太阳风并不是人们想象中的风，通俗地讲，太阳风就是太阳光辐射，就是光子流，就是电磁波。因为太阳风也是一种物质流动，一阵风似的向地球直“吹”过来，所以人们形象地叫它为太阳风。太阳帆船就是靠光子在帆的发光表面反弹产生的力推动的。在地球表面，这种推力作用很小，但在太空中，在一个巨型面积的帆上便能产生足够的前进推力。太阳帆船在恒定的光压下，不断地得到匀加速，日积月累下去，太阳帆船的速度，一定能够达到惊人的数字。太阳帆设计成正方形，每边长 2 千米左右，帆的桅杆选用最轻的合金制成，帆本身是由 2.5 微米厚的聚酯树脂材料制作，表面涂覆了一层镀铝薄膜。帆的正中央有一货舱，用来存放货物。起飞前太阳帆呈折叠状，收藏在航天飞机货舱内，在绕地球轨道运行的空间站上装满货物，由上面一级火箭将它送到 10000 千米高度的轨道上。然后展开帆，面向太阳，依靠太阳光的压力，逐渐加速到第二宇宙速度，自行携带货物飞往火星。途中通过调整帆面上太阳光压力的中心位置，就能达到调整飞行姿态和方向的目的，最终停泊在绕火星运行的轨道上。在航天员动身飞往火星之前的 4 年里，先在空间站上组建一个由 14 艘太阳帆船构成的强大阵容，把飞向火星所需的全部物资和火星轨道站、火星着陆舱陆陆续续送入 3000 千米的火星圆轨道中，以备后用。
科学家们设计一种载人火星巡天飞船作为飞往火星的载人飞行器，用它在地球轨道和火星轨道之间长期环行。象定期远洋客轮一样，载人火星巡天飞船也必须备足长期旅行用的各种必需品。飞船舱设计得宽敞而明亮，乘员居室也很舒适，在太空长期旅行犹如在地面生活一样。飞船上还配备了大量的研究设备，能进行作物生长和再循环，水和空气的再利用，还有人造生物圈一类的密闭生态环境生命保障系统，确保航天员在数年的巡天飞行中万无一失。
航天员进入火星轨道后，立即着手检查太阳帆船早先送来的各种物资，给停靠在火星轨道站旁边的火星着陆舱补充给养和加注燃料，然后勘察与选取对生命安全最有利的着陆点。待一切准备工作就绪后，两名航天员继续留在火星轨道站上执行轨道支援任务，另外两名航天员乘坐火星着陆舱，离开火星轨道站，点燃再入制动发动机，进入火星大气层。在火星大气阻力作用下，着陆舱急剧减速，到了适当高度之后，张开一 系列降落伞，在接近火星表面时，再启动制动发动机，着陆舱象直升飞机那样平稳地垂直降落在火星表面的预定着陆地点。