来源：极客视界 ID：geekview
这两天科技圈最大的新闻，莫过于埃隆·马斯克（ Elon Musk）宣布了其雄心勃勃的「火星殖民计划」，这是有史以来第一个把人类文明迁徙到地球之外的系统计划。
为什么要殖民火星，马斯克是这样解释的：
我们要么殖民到其他星球，要么就只能在地球上等待灭绝的降临。地球上人类的灭绝不可避免，问题只在于时间早晚。
这绝对不是危言耸听！
接下来，Geek 君就给大家详细解析一下马斯克的火星殖民计划，这个男人的野心，远比你想象的还要大！
登陆火星有多危险？
要想殖民火星，首先得到火星上去。登陆火星有多危险？回顾一下电影《火星救援》或许可以找到答案。
为营救被丢在火星上的同伴马克·沃特尼（马特·达蒙饰），NASA 探险队决定改变轨道，重返火星，当时的情况十分危急：
如果补给对接没搞好，我们都得死；如果借助地球重力变轨失败，我们都得死。即便各个环节都非常顺利，我们这次的太空任务还要再延长533天……（然后）我保证他们再也不会让你们上太空了。
一方面，火星飞船要在地球轨道进行补给，在中国太阳神火箭的帮助下，NANSA 的火星飞船才得以重新出发：
另一方面，火星上没有食物，马特·达蒙必须自力更生，靠种土豆维持生计：
被困火星 7 个多月后，在火星轨道外，探险队的飞船终于接到了从登陆飞行器上拼命逃出来的马特·达蒙，真是九死一生：
不过，Geek 君还是要提醒大家，电影里面的火星计划漏洞百出，真实环境远远要更加残酷！
大体上，马斯克所设想的火星旅程跟「火星救援」这次相似，但要是想成功殖民火星，肯定要补上电影中 NASA 的计划漏洞。
行星际运输系统（Interplanetary Transport System）
首先，一次发射就能把所有人员和补给送到火星的火箭技术，必定大大超出当前多次发射，而后在地球轨道进行对接补给所用的技术。自然而然，马斯克会选择当前更为可行的发射方案：
先发射客运飞船至地球轨道，然后将满载燃料的货运飞船送上太空，与客运飞船对接补给，燃料加装完毕的货运飞船直接返回地球，客运飞船则出发前往火星。
紧接着，前往火星的行星际旅程。客运飞船离开地球轨道时，将展开功率为 200 千瓦的太阳能电池板。由于火星与地球的距离会随着公转位置的不同而变化，飞船抵达火星所需的时间将有 80 至 150 天不等。
客运飞船每次可运送100名乘客，后期载客能力将提升至200人，同时航行时间也缩短至30天左右。每位乘客在上船前，都将需要数天的训练，以适应这一行星际旅行。而旅程中的生活，除了能在客运飞船的客舱内活动，还有餐厅、运动、电影、游戏，等等。
然后，火星轨道。抵达后，客运飞船将平躺减速进入火星大气层，最后启动飞船自身的火箭发动机，制动并着陆。
乘客登陆后，可以利用先期投放在火星上的车辆、货物及其他硬件设备，逐步建立起一个可以自我维持的殖民地。马斯克表示，在火星上建好一个百万人口的、自给自足的社会，可能要花上 40 到 100 年的时间。
在《火星救援》里，火星上还没有证实水的存在。为了种土豆，马特·达蒙不得不去分解数百升火箭燃料（联氨）来造水，不过，燃烧氢气的步骤可不好玩，很容易产生爆炸。
NASA 宣布火星上有水后，剩下的一切就都是能源问题了。用电的话，可直接采集太阳能。但火箭燃料要麻烦一些，好在火星大气中满是二氧化碳，可以用水来合成甲烷。这是生产起来相对容易的火箭燃料。
客运飞船能在火星上补给燃料后，就可以再次升空重返地球。同时，可往返使用的飞船，也将极大降低火星的「客运」成本。
火星运载火箭（Mars Vehicle）
实现这一行星际运输系统的关键，就是做出该系统所要用到的火箭与飞船。其中的火星运载火箭（Mars Vehicle）直径 12 米，行星际飞船（Interplanetary Spaceship）直径 17 米，船箭总长度达到 122 米。
相比之下，阿波罗登月所用的土星五号火箭直径为 10.1 米，而阿波罗飞船的直径仅有 3.9 米，船箭总长度则只有 110.6 米。
火星运载火箭的箭体高度为 77.5 米，火箭自重 275 吨，推进剂则重达 6700 吨，其中 7% 的推进剂将用于火箭回收。火箭推进剂为液氧和甲烷。
火星运载火箭底部装有 42 枚猛禽引擎，海平面推力 128MN，真空推力 138MN，可重复使用 1000 次，其近地轨道运载能力为 450 吨。
行星际飞船（Interplanetary Spaceship）
下面讲讲行星际飞船，马斯克设想的飞船长度为 49.5 米，最大直径 17 米，底部有 9 枚引擎。
行星际飞船分两种用途，一种用于载客，自重 150 吨，满载 1950 吨，可运送 100 名乘客前往火星；另一种用于货运补给，自重 90 吨，满载 2500 吨。
其中客运飞船可重复使用 12 次，货运飞船可重复使用 100 次。
飞船将采用碳纤维制造，而用碳纤维制造出不会泄露的燃料舱也将是「非常大的技术挑战」。
马斯克说，最近的技术进展已经能用碳纤维制造出这样的燃料舱。他们设计的燃料舱可以用引擎的热交换来加压，这要比猎鹰 9 号火箭的液氦燃料加压系统简单。
对于该飞船的命名，马斯克表示待定，但第一艘飞船的名字应会是「黄金之心（Heart of Gold）」，即《银河系漫游指南》中使用「无限不可能性驱动（Infinite Improbability drive）」的那艘超级飞船。
猛禽（Raptor）引擎
无论是火箭还是飞船，能把上千吨载荷发送到火星的根本，是在于其内部的火箭引擎。
演讲前两天，马斯克在社交媒体上公布了 SpaceX 新一代液氧-甲烷火箭引擎——「猛禽」（Raptor）的试车照片。
跟现在猎鹰 9 号火箭所用的开式循环梅林-1D 引擎不同，猛禽使用较为先进的分级燃烧循环方式。
作为首款使用液氧-甲烷的「全流分级燃烧循环」引擎，猛禽非常独特，它的涡轮机的工作温度更低，发动机的寿命因此得到延长，效率也更高。
猛禽引擎燃烧室的压力可以更大，支持更大的比冲（跟旧引擎大小接近的情况下，推力能达到原来的 3 倍），设计推力可达 300 万牛（67.5 万磅）。
火星殖民计划要烧多少钱？
马斯克估算以传统的方式，前往火星的票价高达 100 亿美元 / 人，他希望这个数字最终降低到 20 万美元 / 人，远期甚至将至 10 万美元 / 人，而降低成本的技术关键，是可重复使用的火箭与飞船。
与之配套的技术，还包括在地球轨道上对接补给、在火星上制造甲烷做燃料，等等。
把火星船票降到美国房价的中位数，只能保证一定数量的乘客来源。但火星计划的持续进行，离不开移民火星可能带来的规模化经济。
人们去火星不应当仅仅是旅游，而应在火星上建立一个能比地球创造出更多财富的文明。这样才会形成一波行星际的「大航海」淘金热，而非持续不下来的阿波罗登月，这应该才是马斯克的最终构想。
而如此规模的项目最终会需要美国与地球各大国的支持，成为一个全人类的工程。
不过，目前，马斯克的短期目标是「利用我们现有的资源来取得尽可能多的进展」，并继续前进。他认为，仅仅证明该项目切实可行，就能激起很多人的兴趣。而这种兴趣随着时间的推移，将会给项目融资带来“滚雪球”般的效果。
马斯克强调的是，「我自己积累财富的目的就是为了资助这一计划」，让人类成为一个跨行星物种。
红龙（Red Dragon）任务
然而，派人登陆火星前，马斯克首先要验证火星登陆相关的技术足够安全。
这就是为什么 SpaceX 会在今年 4 月的时候宣布，将与 NASA 合作，在 2018 年用重型猎鹰火箭运送一艘红龙飞船（Red Dragon）前往火星。
红龙飞船正是 SpaceX 将在 2017 年试飞的载人版龙飞船，不过2018年的发射计划是不载人的，仅仅运送一些实验设备前往火星。
发射前，SpaceX 会对该飞船进行一系列的改装，拆除舱内不必要的设备，包括环境控制设备与显示屏等。此外，这艘飞船的不加压舱段会进行大幅修改，主要是太阳能电池阵列配置与飞船热控部分的改动。
而此次发射所用的重型猎鹰火箭，同样也会在 2017 年首飞。
NASA 目前已提供候选着陆点及工程方面的支持，其他支持还包括行星保护协议的政策咨询与 NASA 深空网络的使用，后者会用于地球与飞船之间的通信。
NASA 如此大力支持 SpaceX，是因为它认为该任务具有可行性。作为回报，NASA 将有权使用 SpaceX 在红龙飞船着陆火星过程中收集的各项数据。
NASA 也认为红龙飞船使用的超音速降落方式是未来大型飞船登陆火星的关键技术。红龙飞船一旦成功，其所提供的数据可以使 NASA 提前确定出载人火星任务的工程技术体系。
踏上火星
红龙任务只是马斯克在火星建立有人居住城镇的宏大计划第一步。不过，马斯克也坦言，自己不是「这一领域最优秀的人」，同时 SpaceX 在这方面「并没有特别清晰的时间表」。但他希望能在大约四年内完成首艘宇宙飞船的开发，并进行一系列短程飞行如「进入地球轨道」。
“如果事情进展得非常顺利，首次载人火星飞行将会在10年内进行。”
目前，SpaceX 的目标是一次又一次地往火星上运送补给物资。
我们想要花两年时间把红龙飞船送到火星上，并在2020年进行另一次红龙任务。每执行一次火星飞行任务，它们都会运送一些有用的物资到火星上，并最终把一艘载人飞船送上火星。当第一批人抵达火星时，火星上至少能有2吨到3吨的有用物资。
他在今年六月的一次会议上就表示过：
从2018年开始，每隔约 26 个月的火星发射窗口期就发射一次火星任务，而第一次载人火星飞行最快会在 2024 年发射，并于 2025 年登陆。
至于将来火星上的人类文明，还是要交给将来踏上火星的人们自己去建设。马斯克解释道：
SpaceX 的目标是建立地球与火星间的交通运输系统，就像当年铺设联合太平洋铁路那样。
一旦这样的运输系统能够建立起来，就将为任何想去火星创造新的东西、打造新的基础设施的人提供非常多的机会：
从挖矿、炼钢到烹制披萨，人们在那里将能做任何事情。
去火星不是一趟单程之旅，如果你想回来，我不介意给你一张返程票。
马斯克最后补充道。
太阳系运输系统
一旦「地球-火星」间的行星际运输系统得以实现，那么到附近其他星球（如月球、小行星），或太阳系外围更远的星球，都将可以用这样的方式展开运输和登陆。
早在这次演讲前，马斯克就透露了研究中的火星运载火箭与行星际飞船可以抵达比火星更远的地方。比如，土星、木星……
我们不妨先把视野放近一些：一个系统的行星际运输系统，必定意味着地球轨道运载能力的极大提升。那么，大型空间站、太空城市的出现也就近在眼前了；同时，月球基地、地月运输系统也将会水到渠成；然后，火星附近，外围小行星带的采矿应该也能发展起来，火星-小行星带运输系统所带来的财富，。
而这一切，都需要一系列的基础设施与基本技术来加以支撑，比如，太空的衣、食、住、行方面，深空通讯网络，小行星采矿与太空冶炼，等等
太空的最后边疆，是全新的法外之地，同时也意味着全新的行业，意味着难以想象的财富和机遇……
这就是一个可靠的行星际运输系统所能带来的未来，更重要的是，有人正在倾尽全力来把它变成现实。
Geek君有话说
人类这个物种，终于成长到可以离开地球了，想想就有些小激动呢！
当然，这不是一件容易做成的事。50多年前，阿波罗登月计划，：
我们选择登月……不是因为它容易，而是因为它有难度……因为它是我们乐于接受、不愿延宕且意在必赢的挑战。
尽管该项目在 6 次登月后便戛然而已，但它所驱动起来的半导体、集成电路与计算机技术，在信息时代所造就的技术文明，还是能超越人类过往的各个文明。
当我们准备离开地球时，马斯克这样激励人们：
这会是一场难以置信的冒险，我能想象出它对大家的激励作用。每天的生活远不是只像解决眼前的问题这样……当你醒来时，你能感受到对未来的兴奋，这样激励着自己，你生活下去才更有意义。
行星际的生存确实对人类的生存更有意义，然后才能有飞出太阳系的星际生存。不过，火星计划中更让人叹为观止的，却是马斯克拆解这些大问题、并为之规划出合适的解决方案的能力，人类生存确实需要这样的思维。
但是，马斯克本人不会第一个登上火星。我相信在座的诸位也不会，即便你卖掉房子的钱足够在火星往返三次，火星也不是有钱就能去的地方。
美国政府仍然把马斯克研发中的火箭技术视作机密的军用技术，非美国籍的人士暂时还是无法参与的。
不过，哥伦布在西班牙支持下的「大航海」，并不妨碍亚美利加在葡萄牙的支持下去往「新大陆」。
