【文/觀察者網(wǎng) 趙挪亞】核熱推進火箭,、天梯、地球-火星經(jīng)濟圈......這些以往只出現(xiàn)在科幻作品中的名詞,，已被納入中國未來火星計劃的藍圖,。

近日，2021年全球航天探索大會（GLEX 2021）在俄羅斯召開,。受疫情影響,，中方通過線上方式參加會議。

會議期間,，中國運載火箭技術研究院（航天一院）院長王小軍發(fā)表了題為《載人火星探測航天運輸系統(tǒng)》的演講,，除了介紹中國既往火星探測任務成就外，還透露了中國未來載人火星探測發(fā)展路線設想,。

從整體來看,，這一設想分成三步：第一步是機器人火星探測,，包括采樣、基地選址和原位資源利用等。第二步是初級載人探測,，目的是載人火星著陸和基地建設,；最后一步是航班化探測，并建立地球-火星經(jīng)濟圈,。

為了達成這一火星計劃,，中國運載火箭技術研究院已基本確定載人火星探測任務航天運輸系統(tǒng)的組成、特點,、總體方案與設計參數(shù),。與現(xiàn)有的航天運輸系統(tǒng)相比，火星探測項目需要的運輸系統(tǒng)更為復雜,，運輸器也將從化學推進轉變?yōu)闊岷四酥梁司圩兺七M,。

王小軍在演講中認為，載人火星探測航天運輸?shù)膶崿F(xiàn),，還有著諸多技術難題,，但他表示：“火星探測對人類具有重要意義，是人類走出地球搖籃,，探索生命起源,，拓展生存空間的重要途徑，中國的天問之旅已經(jīng)啟程,，載人火星探測航天運輸系統(tǒng)的研究更具挑戰(zhàn),。我們愿與國內(nèi)外同行和伙伴們一道攜手，共同實現(xiàn)人類走向深空,，漫步火星的夢想,。”

王小軍在視頻中為全球航天人士帶來《載人火星探測航天運輸系統(tǒng)》演講 視頻截圖（下同）

建立“地火經(jīng)濟圈”,，中國計劃分三步走

6月14至17日,，2021年全球航天探索大會在俄羅斯召開。受疫情影響,，中方通過線上方式參加會議,，為與會的各國航天專業(yè)人士和媒體帶來演講。大會第二天,，王小軍作為中方代表,，從航天運輸和火箭科技的角度，講述了中國探索火星的歷史和未來,。

不過,，媒體和專業(yè)人士更為關心的，是王小軍在講座中透露的中國未來在火星建立可持續(xù)基地,，乃至地球-火星經(jīng)濟圈的計劃,。如美國知名太空新聞專業(yè)網(wǎng)站“space.com”特別拎出這一計劃,，進行報道。

Space.com：中國想在火星上建立可持續(xù)的存在

王小軍的演講分成四個部分：載人火星探測任務的構架分析,、載人火星探測發(fā)展路線設想,、總體運輸系統(tǒng)方案構想以及最后的關鍵技術難點。

第一部分中,，王小軍表示,，影響任務構架設計的因素有地火轉移軌道類型、出發(fā)時間,、出發(fā)點,、推進技術、是否采用氣動捕獲等,。

他提出,，合適的火星任務出發(fā)時間為2033年、2035年,、2037年、2041年,、2043年等,，采用選擇高橢圓軌道（HEO）的出發(fā)較為合適。

推進技術方面,，核熱推進是目前載人火星探測方案設計的重要選擇,。核聚變推進理論上具有更高比沖性能，需要理論和技術的突破,，適合作為載人火星探測更遠期的研究目標,。此外，我國還研究將天梯這一新型運輸系統(tǒng)作為空間出發(fā)點,，能降低火星探測運輸?shù)囊?guī)模,。

而在第二部分，他提出中國載人火星探測的三步走計劃,。

中方提出的三步走計劃

第一步是機器人火星探測,，主要執(zhí)行火星采樣返回、火星基地選址考察,，原位資源利用和建設等,，這一步屬于技術準備階段。

“Space.com”解釋說,，原位資源利用和建設,，指的是從火星地表下抽水或從直接獲取氧氣，來彌補火星探測補給限制,。中方的這一計劃目的在于為初期載人火星任務搭建平臺,，從軌道前哨站開始,，為著陸火星，和最終建立火星基地做準備,。

第二步是載人初期探測,，主要執(zhí)行包括載人環(huán)火軌道探測，載人火星著陸探測,，以及火星基地建設等,。

第三步是航班化探測，這一步是經(jīng)濟圈形成階段,，主要執(zhí)行包括大規(guī)模地火運輸艦隊,，大規(guī)模（火星資源）開發(fā)與應用。

王小軍為每一步提出了相應的航天運輸技術路線圖,。如在機器人火星探測階段,，中方采用大型或重型運載火箭，直接將探測器發(fā)射至地火轉移軌道,。探測器則采用化學推進,，選擇脈沖式合式軌道，并利用反推制動達到火星進行探測,。

而在初期載人探測階段,，中方針對軌道轉移設計了一種新型任務構架，該構架采用核電核熱推進組合,、人貨分運,，在近地球軌道（LEO）組裝，從高軌道出發(fā),，配合使用火星氣動捕獲,。

初期火星載人計劃運輸系統(tǒng)概念圖

他詳細解釋說，這一階段內(nèi),，首先由運載火箭將載貨轉移級火箭和有效載荷轉移至近地軌道,，在軌組裝載貨轉移級（火箭）。地球空間擺渡級將載貨轉移級擺渡至地球高軌后,，再返回近地軌道,。

隨后，載貨轉移級點火進入地火轉移軌道,，采用大氣捕獲和近火制動,，進入環(huán)火軌道，火星著陸和上升期（MDAV）在環(huán)火軌道等待成員到達,。同時,，釋放火星表面設施，著陸火星表面,。

到達載人轉移窗口,，由載人火箭直接發(fā)射進入高軌,，與載人轉移級對接，載人轉移級點火進入地火轉移軌道,。載人轉移級近火制動進入環(huán)火軌道,，成員通過火星著陸和上升器著陸火星表面，開展火星表面作業(yè),。

返程時,，成員進入著陸和上升器，返回環(huán)火軌道,，與在環(huán)火軌道上等待的載人轉移級對接后,，再由載人轉移級進入火地轉移軌道，最終返回地球,。

最后的航班化載人火星探測階段,，中方提出將采用核動力一體化運輸模式，從地球空間驛站,、日地L2等基地出發(fā),，選擇地火循環(huán)軌道，地火循環(huán)軌道上已布置轉移飛行器,，轉移飛行器的推進劑由地面或空間加注站補給,。

航班化載人火星探測階段運輸系統(tǒng)概念圖

“載人火星探測運輸系統(tǒng)有很大的不同”

王小軍表示，與地球空間運載火箭一次飛行進入空間相比,，載人火星探測運輸系統(tǒng)有很大的不同。其任務構成包括：進入地球軌道,、地球軌道組裝,、地火轉移、火星登陸與上升,、火星軌道對接和返回地球等,。

此外，載人火星任務的飛行時間往返可能達到數(shù)百天,，飛行距離達到數(shù)百萬到數(shù)億公里,，軌道交會對接的次數(shù)達到10余次。

為此,，中方提出的具體任務參數(shù)為：

當然,，中國的火星計劃還有諸多關鍵技術難題。王小軍表示,，這些難題主要包括航天運輸系統(tǒng)總體設計技術,、大規(guī)模星際運輸推進技術、精確制導和控制技術,、能源與星際測控通信網(wǎng)絡技術以及輕質(zhì)防熱結構設計技術等,。

中國運載火箭技術研究院（又名中國航天科技集團有限公司第一研究院）,，成立于1957年11月16日，隸屬于中國航天科技集團有限公司,，是中國航天事業(yè)的發(fā)祥地,，是中國歷史最久、規(guī)模最大的導彈武器和運載火箭研制,、試驗和生產(chǎn)基地,。

天問一號探測器著陸平臺 國家航天局圖

“Space.com”解讀說，王小軍提出的計劃具有“雄心壯志”,，但也處于非常早期的階段,。此外，這一計劃也沒有考慮人類進入深空長途旅行的其他挑戰(zhàn),，如輻射和無重力狀態(tài)的影響,。但這一計劃中確實包括了一些已在研發(fā)中的技術，如新一代載人飛船,，而中國其他的航天機構將盡力解決除運輸系統(tǒng)外的其他難題,。

目前，研究火星定居計劃的世界主要航天機構包括美國航空航天局（NASA）,、歐洲航天局（ESA）和俄羅斯聯(lián)邦航天局（Roscosmos）等,。但目前，NASA方面的火星探測計劃主要建立在“阿爾忒彌斯”（Artemis）登月計劃之上,，并未向外提出完整的火星定居計劃,。

值得一提的是，本次大會上,，中國國家航天局還和俄羅斯國家航天集團公司聯(lián)合發(fā)布了《國際月球科研站路線圖（V1.0）》和《國際月球科研站合作伙伴指南（V1.0）》,，介紹了國際月球科研站的概念、科學領域,、實施途徑和合作機會建議等內(nèi)容,，為國際伙伴在國際月球科研站的規(guī)劃、論證,、設計,、研制、實施,、運營等階段的參與指明了方向,。

根據(jù)《指南》，這一項目制訂了與月球有關的8大科學目標,；自2021年起,，項目建設共分為“勘、建,、用”三個階段,，時間跨度達15年,，計劃于2035年建成；項目還為國際伙伴在各階段以及階段各層級的參與劃定了5種合作類型,。

在此次發(fā)布文件后,，中俄還會適時推出《路線圖》和《指南》的更新版本，進一步明確國際月球科研站各工程階段里程碑計劃,，適時發(fā)布合作伙伴加入程序,，以確保整體項目穩(wěn)步推進。