起航

首次载人登火

世纪发现

2020 年以前,人类对于火星的探索都还局限于使用探测器和火星车的无人探测。2021 年,载人登火计划启动,人类向着红色行星迈出了真正意义上的“第一步”。这一切,都还要得益于 ExoMars 从火星传回的喜讯。

ExoMars 任务是由欧空局(ESA)与俄罗斯联邦航天局(Roscosmos)合作进行的火星探索任务,它的主要目标在于寻找可能存在的火星生命。2019 年,ExoMars 在火星表面的 马沃斯谷 附近着陆,开始巡视探索。和好奇号火星车一样,ExoMars 也能采集火星表面的岩石样品,并对其中可能存在的有机物分子进行分析。

Exomars任务

经过了两年多的火星探索,2020 年 3 月,欧空局和俄罗斯联邦航天局联合对外宣布,ExoMars 发现了“火星上有机物存在的关键性证据”,“红色星球存在过远古生命的可能性大大增加”。消息一传出,立刻轰动了整个世界,人类对火星的探索热情异常高涨。

“赤风(Red Storm)”计划启动

2021 年 1 月 1 日,美国、俄罗斯、欧空局 20 国、加拿大、中国、日本、印度、以色列 27 个国家共同宣布,人类的首个载人登火计划启动,代号“赤风”。人类将在 2027 年登陆火星!如此大规模的航天国际合作史无前例,各国航天局的协调工作由 联合国和平利用外层空间委员会(简称COPUOS) 统一完成。

载人登火任务耗资巨大,如果只由一个国家完成可能会拖累其经济,因此,以国际合作的形式启动载人登火计划,确实能分摊成本,减小风险。在各国经过反复的磋商之后最终决定,采用最保守的方案将人类送往火星:

  • 先利用重型运载火箭进行发射,将飞船的各个部件送往近地轨道;
  • 接着在近地轨道上完成飞船的组装;然后从近地轨道出发,前往火星;
  • 进入绕火轨道后,载有宇航员的着陆舱与飞船分离,准备软着陆火星表面;
  • 着陆之后,宇航员将在火星上开展接近一年的探索、实验活动;
  • 火星探索结束后,宇航员乘坐上升器返回停泊在绕火轨道上的飞船;
  • 飞船从火星轨道出发,开始返回地球;
  • 接近地球后,宇航员进入另一个着陆舱返回地球表面,任务结束。

在确定了载人登火方案之后,各国紧锣密鼓地开展了具体的研究和制造工作。经过 SLS火箭 的 6 次发射,一个重量近 500 吨,使用氢氧燃料作为推进剂的飞船在近地轨道上组装完成。

2027 年 1 月 6 日,装载着 4 名宇航员和生活舱的最后一枚 SLS 火箭发射升空,与近地轨道上的飞船完成对接。在完成最后的调试工作后,飞船点火离开了蓝色星球,向着远方的红色星球飞去。

太空发射系统

人类登陆火星

一切活动都按着当初的计划有序开展。2027 年 7 月 22 日,经过多次变轨,飞船最终进入 500km 绕火轨道。不久,3 名宇航员进入着陆舱,并与飞船分离,剩下一名宇航员留在飞船内部工作。

7 月 23 日,着陆舱突破火星的大气层,最终降落在火星乌托邦平原边缘的阿蒙蒂斯区(23.27°N 109.08°E),这一天,人类的脚印终于印在了这颗红色星球之上!

首次登火着陆点

在为期 300 余天的火星探索活动中的大多数时间里,宇航员是在生命保障舱内度过的。他们在舱内完成了众多实验,包括测试了植物、微生物在火星环境下的生长情况,火星大气中二氧化碳转化成氧气的实验,火星土壤中的金属冶炼实验等等。由于宇航服储氧量的限制,舱外活动时,宇航员只能前往离着陆点较近的地方,一般的舱外活动时间在六小时左右,宇航员将选择并采集火星表面的岩石样品,并将其带回地球供科学家分析。

2028 年 5 月 19 日,在完成所有预定任务后,宇航员乘坐上升器离开火星表面,与停泊在绕火轨道上的飞船进行对接。航天员进入飞船后,抛掉上升器,飞船再次点火飞向地球。2029 年 2 月 8 日,载有宇航员的着陆舱成功降落在地球表面,“赤风”载人登火计划取得成功。

小行星开发热潮

国际合作的破裂

“赤风”计划的成功,让地球上的人们看到了火星探索的新希望,当时很多人认为,火星探索的热潮就此开始,接下来的载人登火任务也会在几年内启动。可是,国际政治形式的风云变幻让这一切都化为泡影。参与载人登火任务的各国对于火星采集样品的分配、载人登火技术分享等等问题上产生了严重的分歧,名义上统筹整个计划的 COPUOS 在载人登火成功之后没了权力,要想再开展第二次载人登火任务已近乎不可能,人类史上最大规模的一次国际合作逐渐走向破裂。

太空产业化(Space Industrialization)

第一次载人登火之后的 30 年,只有少数几个国家再向火星发射过无人探测器,航天大国纷纷将发展的重点放在了“太空产业化”的方向上。由于航天领域的进入门槛较高,前期投资巨大,没有国家的扶持,初期建立起的公司很难有竞争力。因此,各国纷纷扶持本国的建立起的航天公司,希望能将外太空开发成为促进本国经济增长的热土。

在太空产业化的过程中,有不少产业逐渐发展起来,这其中包括了:

  • 太空运输业(Space Transportation Industry):从早期的太空发射业发展起来,逐步发展为天地运输(地球→低轨道)、地球轨道运输(低轨道→高轨道、地球轨道→月球)、行星际运输(地球轨道→小行星/火星)等;
  • 太空通信业(Space Communication Industry):从早期的卫星产业发展起来,逐步发展为地球通信(地球→卫星→地球)、地月通信(地球→卫星→月球)、行星际通信(地球→卫星→小行星/火星)等;

    太空通信业, Source DSI
  • 太空旅游业(Space Tourist Industry):从早期的亚轨道旅游发展起来,逐步发展为亚轨道旅游、轨道旅游、月球旅游等;
  • 太空能源业(Space Energy Industry):21 世纪 20 年代发展起来的新兴产业,早期主要为在轨卫星、探测器提供燃料补给,后来扩展到小行星燃料生产;

    太空能源业, Source DSI
  • 太空采矿业(Space Mining Industry):和太空能源业同时建立起来的新兴产业,以小行星开发为基础,主要包括矿石的开采、冶炼,涵盖了铁、镍、钴、铂族金属、半导体元素等等;

    太空采矿业, Source DSI
  • 太空制造业(Space Manufacturing Industry):以太空能源业和太空采矿业为基础,主要进行微重力条件下的产品制造。小行星表面、地球轨道、月球表面均建有太空工厂,生产的产品大多用于太空中基础设施的建立,少量产品将被运回地球。

    太空制造业, Source DSI

太空商业联合会的建成

在太空产业化浪潮的影响下,众多的航天公司、太空企业如雨后春笋般地发展起来。不管是 LEO、GEO、月球轨道、小行星轨道,还是月球表面、小行星表面,都有着巨大的商业开发价值。由于太空产业其特有的利润巨大、投入巨大、风险极高的性质,相同领域的太空企业纷纷组成各自的商会,分摊成本、共同开发潜力巨大的太空市场。主要的太空商会包括了:

  • 联合发射同盟(United Launch Alliance,简称 ULA):最初是 2006 年由洛克希德马丁公司和波音公司创立的合资企业,太空产业化浪潮到来之际,又有一些新成立的太空运输业公司加入了 ULA ,主要业务集中在天地运输、地球轨道运输。

    ULA_LOGO
  • 宇宙通信卫星组织(Universal Telecommunications Satellite Organization,简称 Unisat):由国际通信卫星组织( Intelsat )、国际海事卫星组织( Inmarsat )、欧洲通信卫星组织( Eutelsat )、亚洲卫星公司( AsiaSat )逐渐合并而成,业务囊括了整个太空通信业,并且几乎垄断了地球通信市场。
  • 联合小行星(United Asteroid Institution,简称 UAI):由行星资源公司( Planetary Resourses )、SpaceX小行星公司(SpaceX Asteroids)、深空工业公司( Deep Space Industry )、近地小行星矿业公司(NEAs Mining)组合而成,后来又合并了一些新成立的太空采矿公司,基本垄断了小行星采矿、小行星燃料生产、小行星产品制造市场。
  • 轨道旅游局(Orbital Travel Agency,简称 OrbiTA):由维珍银河公司( Virgin Galactic )、宇宙探险公司(宇宙探険株式会社)、SpaceX旅游(SpaceX Tourists)合并而成,主要开发亚轨道、近地轨道旅游、近地空间站旅游等等。

载人火星探索的冷落

21 世纪 30 年代到 60 年代,是一个公司主导太空开发的时代。第一次载人登火计划虽然成功,但是国际合作破裂之后,耗资千亿美元的旅程却让任何一个国家都无法轻松承担。相比近地小行星开发,火星开发的短期价值极低,火星上的并没有地球上稀缺的矿产,去一趟火星消耗的燃料也比去小行星要多得多。因此,这 30 年来,红色星球一直无人问津,偶尔有承担科研任务的机器人孤零零地降落在火星表面,一直工作到停转的最后一刻。

唯一和火星近距离接触的机会是轨道旅游局开发的“火星轨道游”线路,飞船从地球出发,历经 200 余天到达火星轨道,从太空俯瞰它的美景之后,又历经 200 余天返回地球。这条旅游线路的价格极贵,一般的富豪都难以承担。而且旅游的时间跨度接近两年,其中只有 5% 的时间停泊在火星轨道,其余的时间均在太空中航行。如此长时间地在太空中生活,一般人也是消受不起的。最终,也只有一对来自美国的夫妇订购了此条线路,他们也成为了这几十年来最为靠近火星的人。

星际移民局成立

太空产业化的后续影响

持续了近 30 年的太空产业化浪潮,在很大程度上改变这个世界的面貌。相同领域的太空企业组成的太空商会,不仅在经济上把控着人类社会的命脉,更影响着整个世界的政治格局。太空商会慢慢地从一个个富可敌国的经济实体转变为真正有影响力的政治实体,不过在国际法律上,太空商会的政治地位还没有得到传统国家的广泛认同,但大部分的人认为,这种“认同”也只是时间问题罢了。除此之外,太空产业化给人类社会带来的影响还包括了:

航天技术的飞速发展

在 21 世纪上半叶,航天对于大多数人来说还只是高技术、高投入、高风险的代名词。火箭发射的成本高居不下,新型的火箭引擎迟迟无法在实际中派上用场,这一切,都让人们觉得太空离我们是那么得遥远。不过,20 世纪 20 年代,随着航天市场的逐渐开放,一些私营企业逐步参与到发射市场的竞争中来,它们为了最大限度降低成本而开发的“可重复使用技术”可以说迈向了航天“低成本化”、“可重复化”的第一步,也为整个“太空产业化”拉开了序幕。

在这之后,航天成本逐步减低,太空市场的竞争日趋强烈,要想在这之中占有一席之地,除了与组建的太空商会一起抱团取暖之外,不断研发出领先的航天技术才能保证自己不被淘汰。在此意义之下,航天技术的飞速发展不仅给太空企业带来了活力,更加快了整个人类社会迈向太空的步伐。这些新的航天技术包括了:

  • 太空燃料补给技术
  • 太空激光通信技术
  • 太空3D打印技术
  • 封闭环境生态循环技术
  • 微重力环境制造技术
  • 近地轨道电磁投射技术
  • 大推力离子引擎技术
  • 小行星采矿技术
  • 小行星氢氧燃料生产技术

近地太空市场(Near-Earth Space Market)开发殆尽

所谓近地太空,并不是指近地轨道(Low Earth Orbit)的太空。狭义的近地太空指的是地球影响球以内的空间,包括了近地轨道、地球同步轨道以及月球在内的空间;广义的近地太空还囊括了近地小行星、地日拉格朗日 L1、L2、L4、L5 点附近的空间。虽然近地太空中的资源数不胜数,但是真正有商业开发价值的还是很少。

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首先说月球,虽然月球表面有丰富的氦-3 资源,但是由于氦-3 均匀分布在表层的月壤之中,开采、提取难度很大,况且人类尚未掌握成熟的核聚变技术,因此月球的氦-3 资源暂且是可望而不可即。

再来说近地小行星,现已开发成熟的 近地小行星 主要是含水较丰富的 C 型小行星以及含金属较丰富的 M 型小行星,但并不是所有的 C 型、S 型小行星都有开发价值。由于近地小行星绕太阳运行的轨道与地球轨道相近,这也就注定了其与地球的汇合周期较长,也就是说,对于一颗特定的小行星,需要等较长的时间才能迎来一次发射窗口或者返回窗口,这给太空采矿增加了不小的难度。

考虑到这些因素,近地太空市场可供开发的空间还是很有限的。截至 21 世纪 50 年代末期,在当时技术下有利可图的 200 余颗小行星几乎都已经“名花有主”了。

“泛火星思潮”的蔓延

就像“阿波罗计划”成功后的50多年里月球再也无人踏足一样,“赤风计划”成功后的 30 多年里,火星也一直无人问津,历史以它惊人的相似性给地球人开了一个莫大的玩笑。对于太空产业化,地球人普遍采取了两种互相对立的观点。一种观点认为,太空产业化促使航天技术迅猛发展,同时也让全世界的人类都感受到了太空带来的福祉,人类正在一步一步迈向广阔的太空;另一种观点认为,太空产业化催生了一个又一个富可敌国、左右政局的太空商会,太空商会垄断着太空中的方方面面,却始终将开发的范围局限在近地太空,深空探索一点一点地被冷落,火星移民更是无从谈起,太空产业化实质上阻碍了人类迈向太空的进程。

初期时,两种观点互不相让,而在产业化后期,第二种观点则被更多的地球人所认同,并称之为“泛火星思潮”,这种思潮呼吁打破太空商会对于太空商业开发的垄断,并呼吁人类应该尽早开始火星移民。

联合行星(United Planet Institution)的成立

近地太空市场开发殆尽再加上“泛火星思潮”的蔓延,使得太空商会不得不把目光投向红色星球,否则,商会的资金来源、声望地位都会受到不利的影响。2060 年,UAI(联合小行星)公布了未来的发展蓝图,宣布将把商会的开发领域拓展到火星,在火星上建成首个人类殖民地,并发展相关的火星产业。同年,UAI宣布更名为 UPI(United Planet Institution,联合行星),并声称火星移民计划已进入准备阶段。 即使是已经坐拥 100 余颗小行星的 UPI,在火星移民的问题上,也不敢莽撞行事。由于太空商会在地球上的声誉普遍较差,即使UPI利用自身政治影响力,通过一些“隐藏手段”获得了几个联合国常任理事国的支持,UPI 也不易让普通民众相信其所描绘的“火星移民蓝图”,因而一度陷入了信任危机。

星际移民局(Interplanetary Immigration Agency)的成立

2062 年 7 月 23 日,在登火 35 周年的纪念日这一天,联合国宣布人类历史上第一家正式从事星际移民的机构————IIA (星际移民局)成立了。

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在形式上,IIA 属于联合国的下属机构,负责统筹人类的星际移民工作(在眼下当然主要负责火星移民),这包括招募、选拔、培训火星移民志愿者,开展火星移民相关技术的研究,在初期移民过程中提供资金、技术、工具、补给,甚至还包括了火星生态改造的研究。根据联合国的声明,IIA 的主要资金来源于成员国划拨的预算,少量资金来源于太空商会,但实际上,IIA 的资金援助、技术支持几乎全由 UPI 提供,只不过通过联合国这块牌子,赢取地球人的信任感罢了。在很多地球民众的眼里,IIA 甚至还成了与 UPI 对抗的一个高大形象存在,这让地球人对 IIA 的好感度倍增,自然对其所提出的火星移民计划信心十足。

火星移民计划启动

IIA 成立之后,火星移民计划顺势启动。按照 IIA 提出的构想,第一阶段的火星移民将分为三步来实现:利用 50 年的时间,在火星上建成第一个人类殖民地。按殖民地的规模,其建设阶段将分为火星前哨站(Mars Outpost) → 火星基地(Mars Base) → 火星城市(Mars City)。在第一阶段完成之前,不考虑进行其他殖民地的建设以及火星生态改造。

首批火星移民志愿者选拔

移民计划启动之后,IIA 发布了首批火星移民志愿者的招募通知,吸引了全世界的关注。首批移民志愿者计划招募 60 人,将分为 4 队送往火星殖民地。招募的要求包括了:年龄 18-40 岁;身体强壮、心理素质良好;拥有一门以上的专业技能或知识;至少掌握一门外语。值得一提的是,在招募要求中 IIA 明确提出,移民志愿者在第一阶段开展的 50 年内不得返回地球、并且不得生育。据 IIA 的官员解释,不得返回地球是因为这样会在殖民地建设阶段耗费额外的资金,而不得生育则是考虑到了火星表面的辐射可能对胎儿和孕妇造成的不利影响。

虽然招募通知中有着一项项严苛的条件,但这却挡不住地球人争相报名的步伐,对红色星球的向往之情在蓝星上彻底点燃。在报名的人当中,大部分是 30 岁以下的年轻人,他们可能才踏入社会不久,在地球上尚未拥有一个美满的家庭,这样就省去了不少对于家庭的挂念,期待着能在火星上燃烧自己的青春。当然,IIA 也不会只挑选年轻人,整个移民团队中也需要经验丰富的人指引方向。因此,一些曾在太空中工作过的宇航员也会被选入移民志愿者的队伍。

经过一年多的选拔,来自世界各地的 60 名志愿者(36 名男性,24 名女性)被选拔出来。这其中 40 人年龄在 30 岁以下,12 人年龄在 30-35,剩下 8 人年龄小于40(报名登记时,也就是2062年时的年龄)。在经过长达 6 年的训练后,他们在 2069 年 8 月 5 日启程离开地球,前往火星。

殖民地建设前期准备

在火星移民志愿者招募进行的同时,IIA 也开展了殖民地建设的准备工作。在小行星采矿兴起的时期,UAI 就已经在 LEO 上建成了两个电磁投射器,电磁投射器使用太阳能进行充电,能够承担小行星轨道⇔近地轨道、近地轨道→地面的投射/接收工作。电磁投射器还使用了大推力离子引擎进行自身的轨道维持。不过,电磁投射器并不能投射所有的东西,由于投射时的过载极大,它无法进行载人运输,只能用于货运。此外,货物也必须装在专门的动力投射舱中才能进行运输,这是由于改变航天器轨道的敏感度极高,想要把无动力的货物准确投射到预定地点几乎不可能,而动力投射舱上安装有离子引擎,能够在航行途中进行轨道修正,因此才能够承担货运任务。

IIA 首先将一个电磁投射器运送到火星轨道,用于接收地球投射过来的货物。另一方面,一些精密的舱段、仪器、机器人等则使用消耗氢氧燃料的货运飞船进行运输,这些飞船会在小行星燃料补给站进行燃料补充。

在火星移民正式出发前,登陆点附近就已经有不少从地球运送过来的货物和舱段,包括了生活舱段、核电舱段、种植舱段、医疗舱段、食物、水、火星车、机器人等等。

火星移民登陆

2070 年 4 月 22 日,首批火星移民志愿者第 1 远征队的 15 人在伊希地平原的西北地区(16.181°N,84.624°E)着陆,人类新的篇章就此展开!