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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 作为边缘地带和贸易伙伴的火星
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话又说回来，我们不需要把火星改造成自给自足的星球，而是要让地球和火星为了人类的福祉而相互依赖。火星作为边缘地带，不仅仅是一处科学前哨，还有可能激发人类精神的觉醒，这种精神的觉醒自文艺复兴以后就再也没有出现过，而文艺复兴本身就与探索时代非常类似。事实上，除了把火星作为边缘地带，没有其他选择。如果火星只有少数科学家和偶尔几个游客，某种程度上像南极那样，那么成本就太高了，无法维持下去。
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人们常把地球与火星类比为旧世界与新世界，后者成为财富和自由的目的地。从1492年起，每过10年，新世界的财富和自由就变得越来越容易获得。从长远来看，火星可能会在太阳系中占据一个独特位置，成为一个完全适合居住的世界，位于地球母亲和远不那么适宜居住但在经济和科学上都很有吸引力的小行星带和外行星之间。火星还将成为地球与分散的小行星岛屿之间的补给中心。让我们把类比延伸一下。这些更偏远的地方就像西印度群岛，它通过美洲向欧洲提供资源。从短期来看，火星可能拥有对地球有直接经济利益的宝贵资源。[44]
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一开始的贸易肯定是单边的。火星的出口可能包括贵金属，如黄金、铂金、稀土或稀有宝石。还有一种是聚变燃料氘——氢的一种同位素，火星上的储量是地球上的8倍。我讲过开发月球和小行星，火星的资源可能与它们有所不同。此外，月球上氦-3（另一种潜在的核聚变燃料）的浓度和分布范围基本上是未知的，而火星上氘的含量则要确定得多，是833ppm。
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但采矿具有很大的投机性。地质学家需要在火星上找到一处母矿，即一处大型而且方便开采的金矿或类似的有价值的矿藏。然后，只有制定了允许获利的《外层空间条约》，资助勘探探险的国家才可以出售采矿权，然后才是投资机器和工人开采资源。采矿这类工作主要由机器人完成，但仍然需要人类。但它似乎很难与地球或月球采矿业竞争。以黄金为例，每盎司黄金约2000美元，或每吨约6000万美元。将1吨黄金从火星发送到地球可能要花费1000万美元，所以你会净赚5000万美元。但建造一座矿山的前期成本可能高达100亿美元。这意味着你需要卖出200吨黄金才能收支平衡。世界上最大金矿的黄金储量在1000吨左右，而每年的销售量只有10吨到20吨。要与大公司竞争，又不压低黄金价格，你必须经营10～20年才能收回成本。对高风险投资来说，等待的时间太长了。
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盈利能力取决于从火星获取材料的价格。有两种聪明的方法来降低原材料获取成本。第一种办法是先用火箭“料斗”将原材料运到火星的卫星火卫一上。火卫一是一块直径只有22千米近乎球形的岩石，距离火星6000千米，似乎是一颗偏离轨道的小行星。相比之下，月球距离地球40万千米，太远，所以不能采用这种方式。然后，可以在低引力的火卫一上用质量驱动器或电磁弹射器将货物抛向地球。货物可能需要一段时间才能到达地球，但只要是正常发货就不需要那么快。第二种办法是太空电梯。出于安全方面的考虑，这一方案在地球上不现实，即使缆绳足够坚固，但在火星上却是非常可行的。火星的静止轨道点比地球静止轨道点距离地表近得多，前者是1.7万千米，而后者是3.6万千米。再加上火星的引力只有地球的38%，这意味着缆绳的抗拉强度可以小一点，总长度也更短一点。因此，我们并不一定需要奇异的碳纳米管，而只需要一种可以用现有技术大规模生产的高强度材料，比如柴隆纤维（M5），或者可能是凯夫拉纤维。同样，第3章描述的天钩和太空系绳系统，在火星上也比在地球上更容易建造。这只是一个投资问题。随着越来越多的货物和人需要抵达火星或从火星上运走，这些工具会变得更加实用。
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祖布林还提到了一种来自火星的高价值商品，那就是知识产权。祖布林的预测是，火星上的拓荒环境将迫使定居者成为发明家，创造出在地球上也很实用的工具和技术，并提高效率。距离是这里的关键因素。距离文明社会更近的任何定居点，比如月球或南极，都不会迫使定居者进行创新。
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祖布林称其为美国佬的创造力，即面对挑战时自力更生和发明创造的能力，是他的经典著作《赶往火星》和2019年出版的《赶往太空》（The Case for Space ）两本书中的关键要素。不过，我认为这是过度营销，而且是基于西方的偏见。我们不能假设火星将成为造就美国佬创造力的美国边缘地带，而不是人类在最近几个世纪所面临的其他几十个边缘地带，例如澳大利亚和加拿大。首先，美洲大陆上居住的居民数千年来都有着自己独特的创造力，只是没有专利意识。边缘地带本身并不能培养出有专利意识的人。此外，在加拿大定居的是与前往美国殖民地的同样的欧洲移民，但如今这些国家的文化大不相同。原因可能是，美国的边缘地带是可以被驯服的，这赋予了美国人坚韧、自信、无畏的特性，创造出了像“美国佬的创造力”这样的词汇；而在加拿大，天气实在太冷了，根本无暇顾及征服边缘地带。当然，比起美国边缘地带，火星更像遥远的加拿大北部边缘地带——它本身并不像南美的丛林或澳大利亚的沙漠那样令人生畏。所谓的美国佬的创造力的种子也可能不会在这颗红色星球上生长。因此，人们不得不思考火星上的专利值多少钱，才能证明在火星上投资和建立定居点具有合理性。
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总而言之，在火星上赚钱远非一件确定的事情。老实说，这可能会在很长一段时间内阻碍人们在火星上建立定居点。这段时间不是数百年也得数十年。
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 还需要的其他火星关键技术
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按照边缘地带的比喻，火星上的机器人既是工人，也是驮物的牛马。需要完善的一项关键技术是自动驾驶汽车。它可以通过编程在火星地形上行进。这样的车辆上可以装配上加压装置，为2～4人提供一周以上的补给，里面有水、空气和食物。人们在该装置里工作、睡觉，不需要自己驾驶。这样，我们就可以探索火星的广大区域。虽然没有行人和车流，但是自动驾驶汽车需要对干涸的河床、峡谷、悬崖、岩石和其他“道路”危险保持警惕。NASA正在研发此类车辆用于局部探索。车辆后面挂着两套加压宇航服，宇航员穿上后就可以爬出加压舱，快速离开车辆开展探索工作。
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车辆自己也可以执行任务，比如往返于矿山或水源之间，运送或收集物资。有些车辆还可以通过压平并烧结土壤来建造真正的道路。随着时间的推移，就可以建造起一个巨大的道路网，并且每隔一段就安装一个电子路标来引导其他车辆。其中最重要的自动驾驶车辆是挖掘机。它可以昼夜不停地挖掘土壤来建造庇护所。所有这些车辆都比当前这代火星车先进，因为它们可以在本地编程或控制，而不是由地球上的任务控制中心来控制。地球任务控制中心发出的指令以光速传送到火星，仍然需要4～24分钟。NASA的“机遇号”火星车花了11年的时间才漫游了26.2英里，相当于马拉松的长度。尽管火星车技术十分了得，但这些车辆只能根据地球控制人员发出的一系列指令，一英寸一英寸地移动，因为控制人员担心他们宝贵的漫游者会困在沙地里，或跌到没看见的深谷中。
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人工智能会有很大帮助。“好奇号”火星车上的初代人工智能系统能够识别岩石和其他感兴趣的物体，并将相机对准它们。新一代的自动车辆和机器，无论在地球上还是在火星上，都将能独立思考，尽管范围有限。就像无人驾驶汽车这一新兴技术一样，这些机器可以通过视觉、嗅觉或触觉感知周围环境，分析输入并将其与预先编程的知识库进行比对，然后采取相应行动，继续前进、改变方向或停止。就像地球上的语音识别软件，机器学习将这种能力提升到一个更高的水平，能够利用统计技术做出越来越好的动作或决策。
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这绝不是科幻小说。在2018年5月的谷歌I/O全球开发者大会上，谷歌首席执行官（CEO）桑达尔·皮查伊（Sundar Pichai）演示了谷歌人工智能助理给真人打电话，一次是预约理发，另一次是预订晚餐。尽管对话很复杂，但人工智能的第一次通话完美无缺，因为人工智能会倾听发廊工作人员说话，然后根据需要的服务类型选择时间。第二通电话给人留下的印象更为深刻，因为对方是一位非英语母语人士。他解释说，这家餐厅不接受4人以下的派对预订。人工智能听懂了蹩脚的英语，询问周三通常要等待多长时间，并确定了相应路线。
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增强现实技术（AR）也可以缓解火星生活的压力。如今，我们可以佩戴一种感应地球磁场的设备，当你面向北方时，它会发出轻微的嗡嗡声。深度失聪的人可以使用植入耳蜗来感知声音，我们很快就能通过类似 的电子接口为盲人提供视觉元素。也许我们能将视觉和感觉扩展到可见光谱以外，包括红外线和紫外线。也许有那么一天，在火星上一些目前尚未实现的技术会用海洋、森林以及地球上其他珍贵元素的视觉、气味和声音来安抚大脑，或使定居者能够与家乡的亲友进行更密切的互动。
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至于3D打印，可以像地球一样把打印机固定起来，用一种基于土壤或火星之旅中丢弃的材料（如降落伞、橡胶或塑料）制成的油墨打印出工具和其他小配件。跟我们看到的月球计划类似，机器人打印机可以在人类之前到达，预先打印出庇护所或道路。在芝加哥的西北大学，以拉米勒·沙阿（Ramille Shah）为首的一个小组开发出一种方法，可用月球或火星土壤制造3D打印机的油墨。他们把这些物质与简单的溶剂以及生物聚合物结合在一起，产生一种类似橡胶的柔韧且结实的材料，而其重量只有土壤的90%。[45] 该小组用这种材料做出了连锁砖（interlocking brick）。其长期目标是使整个过程完全自动化，这样火星车就可以采集一勺土壤物质，制造油墨，再输送给打印机。到达火星初期，劳动力市场会很紧张。至少可以这么说，在外面工作的代价是暴露在辐射中，而且要花很多时间来穿宇航服。任何事情，只要机器人能做的，比如开车、搬运、挖掘、堆放，都必须由机器人来完成。
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所有这些技术设备都很重、很精细，却都需要在火星上着陆。这让人们注意到需要完善的另一项技术：重型技术设备着陆技术。事实上，尽管情况正在好转，但我们在火星着陆方面的记录并不怎么样。一旦任务成功，控制中心就会欢呼雀跃，成年男人们相互拥抱、亲吻，他们这样做的理由很充分，因为一半以上的火星任务都失败了。许多航天器在着陆时坠毁。苏联/俄罗斯在20次尝试中只有2次成功。20世纪90年代，NASA的6次火星任务中有4次失败了。工程师们称之为火星防御系统。但是自2000年以来，12次火星任务中“只有”3次失败……尽管这3次失败任务中有2次是因为着陆失败。可以肯定地说，在火星上着陆是很困难的。这颗星球的引力较大而大气层稀薄，使得空气制动非常复杂。没有一吨以上的物体在火星上成功着陆过。[46] 而那些自主航天器的重量？有些重达数吨。
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NASA正在研制一种进入火星大气层的航天器——低密度超声速减速器（Low-Density Supersonic Decelerator，LDSD）。它看起来有点像飞碟。LDSD会配置一个巨大的可充气凯夫拉纤维管，用来产生降低超声速航天器速度的空气阻力，短短几分钟内就能将速度从6千米/秒降至0.5千米/秒。这样的速度足以让低层大气（尽管仍然很稀薄）支撑起巨大的降落伞。即使这样，下降速度也还是不够慢。需要发动机朝向火星表面的反向推进，进一步降低航天器速度，这样飞船才能轻柔地直立降落。NASA火星科学实验室（MSL）携带着899千克的“好奇号”火星车，几乎就是用这种方式进入火星的。在初始制动时，火星科学实验室用4.5米直径的隔热罩代替LDSD。隔热罩的最高温度达到了2090℃，该温度足以融化铁。[47] 这是有史以来最大的隔热罩，不能保护比“好奇号”更重的物体了。LDSD正在测试超过3吨的负载。
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如果没有一个能稳妥进入火星大气层的航天器，移民火星就将无限期推迟。
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火星移民还需要一个完善的闭环系统。ISS和核潜艇会定期获得新的补给；但事实是，没有任何人能够造出一个水、氧气和二氧化碳完全守恒的闭环系统。这一尝试在生物圈2号项目中失败了。火星上的这种闭环系统将以审慎的方式开始，并提供氧气和水这样的必需品作为应急储备。生物圈2号是一项雄心勃勃的实验，有5个不同的地球生物群落。火星上的栖息地没有那么复杂，不需要丛林、湿地和海岸环境。但它们应该划分成若干个部分，这样一来，任何一个区域出现问题——比如我们在生物圈2号中看到的细菌生长会意想不到地消耗氧气——都可以得到迅速隔离和修复。在“火星城市设计”（Mars City Design）主办的比赛中获奖的所有栖息地设计方案，都是荒诞至极的东西。“火星城市设计”是一个设计火星建筑（他们称之为“Marschitecture”）的合作平台。所有设计都令人眼花缭乱，打算让我们在会爬之前就学会飞。[48] 这些宏伟的建筑设计将在火星上发展演变，而不是在地球上。城市将从最初的一点点逐渐地发展起来，以实用性为指导，而不是靠着那些从未去过该地区的人的想象。太愚蠢了。这些设计永远不会实现。
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