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火星
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这张照片由“海盗号”（Viking）轨道器拍摄的102幅照片拼接而成。最引人注目的是水手号峡谷群。它超过2000千米长，8千米深。西部边缘可能是一个适合游览或居住的风景区，有3座塔尔西斯火山（Tharsis volcanoes，照片中的黑点），每座约25千米高，在遥远的西部也可以看到。
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在实现人类太空飞行重大突破的过程中，美国遇到的问题是：NASA必须面对所谓的“总统探索愿景”。[2] 抛开政治不谈，谁会真正关心总统在太空问题上的想法呢？总统的想法一点也不重要。把钱给NASA，让它的科学家和工程师决定去哪儿、怎么去。但是由于NASA的起源有着军方背景，国会和美国总统可以对NASA的人类太空活动进行微观管理，可以随心所欲地取消项目，或者更糟糕，不顾效率低下，指示NASA在某些国会选区实施这些项目。这就是为什么航天飞机和ISS项目都如此愚蠢的原因。成本加成的承包合同以及效率低下的供应链分散在全国各地，几乎可以确保成本会超过预算——于是NASA变成了一个宪法驱动的机构，而不是一个任务驱动的机构。
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实际上，NASA在任务驱动下的表现很出色，所有空间科学任务都是如此。NASA已经发射了造访过木星、土星、天王星、海王星和冥王星的探测器，这些都是送给人类的礼物；美国还用哈勃、钱德拉、开普勒和WMAP等望远镜主导了基于太空的多波长天文学研究。其工作机制很简单：天文学家提出一项任务建议，并为构建该任务的科学能力提供合理说明；NASA每年从这些建议中选择一定数量的任务；然后天文学家着手实现这些任务。所有任务几乎都能在预算内按期完成。在这方面，NASA和美国是全世界航天机构羡慕的对象。但是在美国政客构想的大项目中，特别是有宇航员加入其中时，事情很快就会出岔子。
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我和其他人认为，过去40年里NASA在人类太空探索方面做得如此之少，其主要原因是，NASA直接受不断变更的美国总统的领导（自成立以来有12位总统），并且受到美国国会的微观管理。“愿景”是一个不断变化的目标——待在近地轨道；不，去月球；不，还是去火星吧；不，去月球。吉米·卡特推动空间科学超越人类活动；罗纳德·里根支持ISS成为轨道上更大规模存在的垫脚石；乔治·H. W.布什推动重返月球，然后是火星之旅；比尔·克林顿重点关注如何与俄罗斯合作，完成ISS建设。他上任时该项目超出了预算，而且国际化程度较低；乔治·W. 布什想重返月球；而巴拉克·奥巴马想要跳过月球去小行星和火星。[3] 2016年选出的那位美国总统，其主张随着时间不断变化，一会儿要去月球，一会儿要去火星，一会儿又要创建一支由五角大楼领导的太空部队。[4]
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如果巴里·戈德华特（Barry Goldwater）在1964年的美国总统大选中击败了林登·约翰逊，那么美国就不会登上月球。戈德华特直言不讳地批评阿波罗计划，他说民用太空计划从军事太空项目中分流了太多的资金。[5] 但约翰逊赢了，而且按照计划于1969年7月实施的阿波罗11号任务马上就要实现，因此理查德·尼克松在1969年1月就职时已无法取消。尼克松又等了3年才提前结束了阿波罗计划。
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NASA的年度预算大约是200亿美元，似乎可以用这笔钱登陆月球或火星，或者两个目标都实现。但NASA要做的工作不只这些。在NASA的议程上还有其他一些重要项目，如火箭、空间科学、航空、地球科学和载人航天。更大的问题是，该机构每年都要为ISS投入大笔资金，占其预算的1/5。20世纪90年代，马丁·玛丽埃塔公司（Martin Marietta Corporation）的工程师大卫·贝克（David Baker）和前面曾提到的罗伯特·祖布林（《赶往火星》的作者）提出了一项叫作“火星直击”（Mars Direct）的计划，他们声称可以用10年多一点的时间，花费大约400亿美元（按今天的美元计算），或者在其开发过程中每年投入几十亿美元，然后每年花上约40亿美元来维持，就可以在火星上建立人类的永久性基地。[6] 这相当于目前ISS的年度预算。可惜的是，尽管“火星直击”计划得到了NASA的认真考虑，并得到了该机构内许多人的赞扬，但这一愿景一直没能与国会或NASA的旨趣相一致。
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最重要的是，从财政、生物和工程的角度来看，火星永久定居点是可以实现的。以下是对未来20年发展情况的展望。
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 航行从地球开始
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火星的地貌与南极相似：寒冷、单调、遥远，却拥有令人着迷的美丽。之所以没有大量的人口生活在南极，是因为那里的生活充满挑战，尤其是在没有阳光的冬天。由于缺乏一种被称为空气的生命维持物质，生活在火星……大量的人生活在火星，会更加困难。这是用来呼吸的空气，是形成足够的气压防止我们的血细胞爆裂的空气，也是阻挡来自太阳和其他地方的有害辐射的空气。与完全没有空气的月球相比，火星上的空气要多得多。尽管如此，火星上的空气仍然太稀薄，而且几乎全部由二氧化碳组成，大约只有1%～2%的氮气、氩气，以及一点点氧气。我们无法呼吸，无法生存。只要那里不那么冷，某些地球生物也许可以。
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地球的大气中大约有78%是氮气，20%是氧气，1%是氩气，还有少量的二氧化碳和其他气体。海平面高度的气压大约是10万帕斯卡，称为1个大气压。在火星上，气压是600帕斯卡，大约是地球气压的0.6%。在火星上生活的主要困难有：没有可呼吸的空气，没有足够厚的大气层保护你免受太阳和宇宙射线的影响，或者避免你体内的液体和气体膨胀。在火星上定居后，要考虑的事情几乎都是如何克服大气的问题。当然，我们只能希望没有重力的问题，希望0.38G足以让胎儿发育，让孩子健康成长。除非在ISS上进行一次模拟火星重力的实验，否则我们无法知道在0.38G的情况下我们会过得怎样。但NASA或多或少已经禁止了这一实验，直到我们到达火星并尝试后才能找到答案。
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顺便说一下，这就是定居火星和定居月球的区别。月球既存在大气问题，也存在重力问题。火星可能只有大气问题。
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先在月球生活能否教会我们如何在火星生活？绝对可以。两个天体上的基本庇护所都是一样的：一个地下栖息地或其他能很好地屏蔽辐射的地方，有足够的压力、空气、食物和水。关键的不同之处在于居住在这些地方的长期战略。未来几个世纪，月球上的生命将依赖于地球，部分因为月球离地球很近，部分因为在月球29天昼夜循环周期中极端严酷的温度。最初的技能包括应对低重力和资源开发，比如冰。冰完全混合在月球的土壤里而且浓度很低。然而，火星将被视为一个前沿阵地，最终并且会很快需要高度的自给自足，才能成为经济上可行的人类目的地，一部分原因是火星与地球的距离，另一部分原因则是其相对可控的温度和昼夜周期。在火星上，需要的技术包括将二氧化碳转化为甲烷和氧气来制造火箭燃料，以及在自然光下建造巨大的温室来种植食物。
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我们可以先去月球，学习如何在太空庇护所中生活。我们还要在那里获得运输、供应、储存和外出穿着方面的知识。这绝不是在浪费时间，并不是“要么火星要么烂渣”（Mars or Bust）阵营里的人所认为的那样。我们在太空中所做的每件事，都在太空生活方面教会了我们某些东西，尽管付出了代价。月球表面的栖息地将是“真实的东西”，有真实的危险和真实的生活环境，需要实时补救，而来自地球的帮助或疏散到地球则需要3天时间。因此月球栖息地为火星任务（单程要花6～9个月时间）提供的经验，在潜艇或地球模拟栖息地上是无法相比的。也就是说，基于地球的模拟栖息地相对便宜，它们是通往月球和火星的起步阶段。
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 沙漠隐居
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我在第1章讨论了人类探索研究模拟项目（HERA）和夏威夷太空探索模拟与仿真项目（HI-SEAS）。这些模拟项目最大的局限性（即使不是最明显的）是，它们不是真正的太空冒险。NASA很可能只是在研究监狱犯人的心理压力。在一次真正的火星之旅中，你要去的是火星。这是一个相当大的心理负担，远超出在狭小空间里生活一两年所带来的任何微小不便。不过，我个人认为这种心理风险被夸大了。在首次火星任务中，人会产生巨大的使命感。在随后普通人的迁移中，技术将会进步，宇宙飞船会更加舒适，行程也会更短。
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在地球上进行的其他火星模拟项目，主要是模拟火星上的生活、工作和移动，为未来的火星任务提供好的方法。闪线火星北极研究站（Flashline Mars Arctic Research Station，FMARS）和火星沙漠研究站（Mars Desert Research Station，MDRS）是火星学会（Mars Society）运营的两个地表探索基地。火星学会是由祖布林等人于1998年成立的非营利性太空倡导组织。这些设施看起来跟你对火星首个基地的想象一样：简单的圆柱形结构，有一个气闸，一些天线，外面停着一辆车。闪线火星北极研究站位于加拿大努纳武特地区巴芬湾的 德文岛，是一个极地沙漠生态系统，在很多方面与火星极地地区相似。火星沙漠研究站位于美国犹他州南部的沙漠环境中，在设计上类似于闪线火星北极研究站，但有一个温室和一个天文台。有了这两处设施和有限的预算，火星学会通过种植食物，以及测量和挖掘附近的土地来实现祖布林在《赶往火星》中提出的概念。本章稍后将就此进行讨论。之所以选择这些地点，是因为它们与火星的地质情况相似。参与者都是志愿者，其中很多是大学生。当火星沙漠研究站的温室两次被摧毁时（先是被风，然后火），他们尝到了“真正”问题的滋味。
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NASA有自己的沙漠藏身之处。位于美国亚利桑那州的NASA沙漠研究和技术研究项目（Desert Research and Technology Studies，Desert RATS）针对在月球或火星表面的生活进行了一系列年度野外技术测试，主要测试生存和移动技术，这是对20世纪60年代阿波罗任务测试的恢复。NASA与大学合作，测试航天器、宇航服、工具，等等。其中包括全地形六足外星球探测器（All-Terrain Hex-Limbed Extra-Terrestrial Explorer），看起来像是从《星球大战》的虚构世界里出来的东西。这是一种六足蜘蛛形航天器，能够（希望如此）在月球或火星的任何地形中导航。NASA还测试了另一款机器人设备。它可以把一块地弄平，然后将其烧结成着陆点和发射台。
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NASA资助的霍顿火星计划（Haughton Mars Project，HMP）位于德文岛，与闪线火星北极研究站类似，只是更大一些。霍顿火星计划坐落于霍顿陨石坑内，那里的地形类似火星，干燥、无植被、岩石松散。因此，霍顿火星计划可以很好地模拟测试那些将在火星上使用的机器人采矿技术。与闪线火星北极研究站一样，由于地处偏远且缺乏基础设施，还可以对能源存储、通信和远程医疗技术进行测试。霍顿火星计划是NASA工程师帕斯卡尔·李（Pascal Lee）的创意。他是火星学会和国际火星研究所（International Mars Institute）的创始人之一。在Desert RATS和霍顿火星计划之间，NASA及其合作伙伴正在测试一些基本必需品。这些必需品看起来就像是火星科幻小说和电影里的东西：加压火星车、机器人挖掘机和灵活的加压服。
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