鲁达 “从某种意义上说，走出这个星球是我们命中注定的。火星是我们在太阳系中非常有可能发现生命演化的天体。所以，未来能在火星上建造实验室，维持人类在火星上的某种长期存在。”
黄晋一
从载人飞船到探索火星再到未来计划将人类送上火星，自1958年美国国家航空航天局（NASA）首位领导人基思·格莱南批准了美国载人航天计划开始，美国逐渐成为载人航天和太空探索领域的领军国家。
人类在宇宙中是独一无二的吗？我们如何来到这里？宇宙如何运作？未来30年，NASA将试图回答这些问题，如今，它远征星际的脚步走到了哪里？它在发展哪些航天技术？人类将能看多远走多远？
“猎户座”载人深空探索
美国新一代载人飞船“猎户座”2014年12月5日在绕地球飞行两圈后，以“完美”姿态降落在太平洋上，这标志着人类第一艘以深空探索为目标的载人飞船首次试飞取得成功。
此次试飞是NASA 2014年的头等大事，用NASA助理局长威廉·希尔的话说：“这是我们火星之旅的第一步。”
此次“猎户座”飞船的首次试飞不载人，用联合发射联盟公司的“德尔塔”大推力火箭从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，绕地球飞行两周，历时4个小时，然后再以3.2万千米/小时的速度重返大气层。
作为NASA在规划中提出的第三大战略任务，“猎户座”项目的目标是研制一种能搭载宇航员往返于地球和月球之间，可重复使用多次且能为ISS提供补给的新一代载人航天器，可在太空中航行20天。
“猎户座”由NASA投资，交由美国洛克希德·马丁公司研制，是一种可搭载4至6人的多用途载人飞船。其采用了类似以前“阿波罗”登月飞船的舱段构型，特别是其乘员舱和“阿波罗”飞船的指令舱十分相似，为圆锥形，但舱内空间要比后者大1倍，总容积达到19.56立方米，乘员舱段约为9立方米。
除乘员舱外，飞船还有服务舱、飞船适配器和发射逃逸系统，其中服务舱位于乘员舱的下方，运载火箭的上方。未来的工作型服务舱将载有水、氧气和氮气，可提供发电、隔热功能以及飞船轨道转移、姿态调整所需的推进力等。
美国还计划在2017年执行“猎户座”无人环绕月球的飞行任务，届时，该飞船将绕月飞行3个星期。
“猎户座”飞船的首次载人飞行定于2021年进行。按洛马公司的设想，两艘对接在一起的“猎户座”可以执行载人登陆小行星的任务。两艘同时发射，一艘载人，另一艘携带绝大部分生活消耗品。
登陆返回时，载人的主“猎户座”将点火返回地球，无人的副“猎户座”将继续进行小行星的观测任务。
2035年人类将登上火星
自从最后一批探险者离开月球表面以后，许多人就开始憧憬火星登陆行动了。NASA的目标是在2035年将人类送上火星。
“从某种意义上说，走出这个星球是我们命中注定的。”NASA首席科学家艾伦·斯特凡解释了为什么火星如此重要，“火星是我们在太阳系中非常有可能发现生命演化的天体。所以，未来能在火星上建造实验室，维持人类在火星上的某种长期存在。”
火星探测在NASA的日程表上排名第一，目前的探测分为两部分，一是运行在火星轨道上的探测器（目前有3颗在轨）：“奥德赛”火星探测器（自2002年2月一直工作至今，是迄今为止工作时间最长的火星探测器）、“火星勘测轨道飞行器”（简称MRO，于2006年3月进入火星轨道工作，主要用于从轨道上寻找火星上是否有水存在的证据）和MAVEN（“火星大气与挥发演化任务”）探测器。
二是在火星表面执行勘测和科研任务的火星漫游车，目前有两辆，一辆是于2004年1月25日在火星成功登陆，并一直工作至今的“机遇”号火星车，另一辆是于2012年8月6日成功登陆的“好奇”号火星车，是NASA“火星科学实验室”（MSL）任务的一部分。
或许是沾了印度首颗火星探测器进入火星轨道的光，MAVEN探测器近日在电视上的出镜率明显高了不少。该探测器于2013年11月19日从位于美国佛罗里达州的卡纳维拉尔角发射升空，在经历了10个月、长达约7亿千米的飞行后，于2014年9月22日顺利进入火星预定轨道。它的使命是利用搭载的6个专用探测仪器调查火星大气失踪之谜，并寻找火星上早期拥有的水源及二氧化碳消失的原因。
“好奇”号火星车是美国第5个火星着陆式探测器，也是第一辆采用核动力的火星车，其任务是探寻火星上可能存在的生命迹象。该项目总投资25亿美元，截至2012年时是有史以来耗资最昂贵的火星探测项目。“好奇”号于2011年11月26日从卡纳维拉尔角发射升空，后于2012年8月6日在火星盖尔陨石坑成功着陆，之所以选择在该区域着陆是因为科研人员认为当地的环境较适合微生物生命存在。
探索太阳系
NASA还有多个针对类地行星（体积尺寸与地球相当，距离太阳较近且有固态表面的行星）和类木行星（类似木星的气体行星、体积和质量都要大于类地行星）的探测项目。
NASA于2004年8月3日发射的“信使”号水星探测器专门用于探测水星这种类地行星。在耗时6年半，飞行79亿千米后，“信使”号于2011年3月成功进入水星轨道，成为首颗围绕水星运行的人类探测器，至今已服役3年。
相比火星，金星更有可能成为我们最终移居的新家园。金星离我们更近，体积与地球相仿，密度和化学成分也更接近地球，只不过它的表面完全没法住人。金星表面温度比地球高很多，大约为462摄氏度，大气压强是地球的92倍多。金星上还有巨型火山和酸性云层。就连发射到金星上的探测器都在登陆后迅速焚毁。
因此，NASA兰利研究中心的科学家提出了一个替代方案———利用类似于飞艇那样的巨型气球建造一座云端上的城市。两名宇航员将在这座“城市”里进行为期30天的金星探测之旅。
这个名为“金星高空运作概念”的项目眼下还停留在建议书阶段，由兰利研究中心系统分析和概念理事会负责设计。
项目面临的挑战将是如何把飞艇弄到金星上去，以及随后应该怎么做。毕竟飞艇要先包装起来，然后放到金星上充气。在飞艇投入使用之前，科学家还要确保飞艇和为飞艇提供能源的太阳能板能够承受大气中硫酸的影响，以及在金星上空飞行时所遭受的压力。
冥王星曾是太阳系第九大行星，但后因质量不足于2006年8月被国际天文学联合会降格为矮行星。尽管如此，由于人类对其知之甚少，NASA对于这颗距离太阳最远的矮行星及其所在的柯伊伯带也有很大的兴趣，于2006年1月发射了名为“新地平线”号的冥王星探测器，主要任务是对冥王星及其卫星等柯伊伯带天体进行探察。
“新地平线”号是人类有史以来发射的初始速度最快的航天器，达到了5.9万千米/小时，它飞越月球绕地球轨道用了不到9个小时，而且“新地平线”号1989年发射的“伽利略”号探测器飞抵木星花了4年时间。该探测器已于2014年8月24日穿越了海王星轨道，目前正以5.8万千米/小时的速度飞向冥王星，预计将于2015年7月14日飞越冥王星轨道，并于2016年进入柯伊伯带。
按预定计划，“新地平线”号将在2015年3月（抵达前4个月）开始收集冥王星及其卫星卡戎的资料。同年的7月14日，探测器距离冥王星最近，届时它将以每秒14千米的速度分别飞抵离冥王星最近处约1万千米、离卡戎卫星最近处约2.7万千米的位置，对它们进行观测。
到2015年时，冥王星距离地球49.2亿千米。届时探测船将从冥王星南半球约9600千米处高速掠过，而卡戎当时在冥王星另一侧，探测船需经过冥王星后，回头再探测卡戎。在“新地平线”号飞离冥王星后，观察工作还将持续10个星期。而一切对冥王星的探测将于9个月后结束，之后观察记录都将通过数据链传送回地球。信息传回地球单程至少需要4小时25分。
“机器人大军”寻外星生命
一队小型机器人可能在未来某天帮我们初次遭遇外星生命，只要训练它们，以便它们能像蚂蚁那样工作。
NASA正在研发一种称为SWARMIE的机器人，它可以登上环境恶劣的行星并寻找水、生命或能被宇航员用作火箭燃料的材料。
每个这种机器人都拥有一部网络摄像头、无线网卡天线和全球定位系统。它们独自搜索一个区域，发现有价值的东西后就会呼唤同伴。
这同蚂蚁寻找食物的方式类似。蚂蚁会在食物来源周围聚集，从而进行分工以采集食物并将它们运回蚁穴。
工程师们已研发了一些程序。这些程序会命令这种带有轮子的小型机器人向不同方向出发，并为找到某种特定材料而随机搜索一个地区。
目前，有关测试还只限于肯尼迪航天中心发射控制中心周围的停车场。研究人员使用4个自制的很像简易版的无线控制卡车的SWARMIE机器人。
领导这个项目的工程师谢里尔·马科说：“我们正在进入大量试验并收集数据的阶段。我们的进度提前了。”
参与该项目的工程师库尔特·洛伊希特认为，未来的任务可以使用这一概念来发展一支机器人队伍。他说：“如果这取得成功，将会对目前的规模进行扩展，使机器人的数量超过我们现有的四五个的水平。”
如果测试成功，这个研究团队计划将一种叫做RASSOR的试验性挖矿机器人包括进来——这种机器人也是肯尼迪航天中心的科学家设计的——可以试验挖掘月球或火星表面的不同技术。
在火星工作的“好奇”号探测器有一辆小汽车那么大，而SWARMIE和RASSOR这些机器人则小得多，配置的仪器也不多。
洛伊希特说：“在一段时期内，人们对将尽可能多的智能投入一个机器人感兴趣。现在人们认识到，可以建造更小、更简单的机器人，它们能一起工作来完成任务。其中某一个机器人可能发生故障而熄火，但任务不会结束，因为其他机器人依然能完成任务。”
这支机器人队伍也能在地球上使用。如果测试工作进展顺利，这个系统可能会被改装以用于搜救任务。这些小型机器人能对自然灾难或车祸造成的残骸进行搜查。
这些机器人还能高效地检查各种管线。马科表示：“这些更小、更廉价的机器人能对整个管线不断进行检查，这样，你就能始终对各条管线的状况了如指掌。如果有一大群装了几个传感器并了解其任务的小型机器人，你就能将它们派往泄漏现场，并找到最危险的区域。”
分析1000万光年外的恒星
2018年，NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）将升空，以帮助我们对宇宙获得更多认识。
同时，NASA已开始制订建造新一代太空望远镜——“先进技术大孔径太空望远镜”（ATLAST）——的计划，因为它希望有一天能追踪外星生命。
根据NASA的“保守”预测，银河系有1亿颗行星能孕育生命。
NASA宣称，人类有能力在今后20年中找到外星生命，它很可能就在我们太阳系之外。
2014年8月，NASA描述了如何利用一系列现有和未来望远镜在宇宙中搜寻生命的路线图。NASA局长查尔斯·博尔登说：“我们相信地球以外存在生命吗？在无穷无尽的宇宙中，不大可能只存在我们人类。”
现在，在NASA的戈达德航天中心，科学家和工程师组成的一个团队正在研究建造ATLAST望远镜的各种科技要求和成本。科学家们还说，这是回答NASA三十年远景规划中提出的问题所需的。
这份三十年远景规划希望解决3个问题：我们是独一无二的吗？我们如何来到这里？宇宙如何运作？
ATLAST和JWST项目的科学家马克·克拉姆平说：“目前为ATLAST规划的最重要应用软件是在太阳系周边类地行星的大气中探测生命迹象的能力。”
尽管其他望远镜能为较大的系外行星摄像，但它们没有ATLAST分辨化学物质的先进能力。这些化学物质或许能表明，这些遥远的类地行星上存在生命。
据研发人员介绍，ATLAST在搭配了先进光谱仪后，可以分析远在1000万光年以外的星系和天体，以及大于100秒差距区域范围内的宇宙星际物质。它将取代现役的太空望远镜，成为搜寻太阳系外的人类宜居星球或潜在地外生命的主力。
ATLAST或许还会配备一个遮盖物，以遮挡遥远的恒星发出的光。这将有助于它在轨道上搜寻类地行星。
但最重要的或许在于，它必须携带一面比JWST的主镜更大的主镜，这也将是NASA送上太空的最大分段主镜。JWST将配备6.5米分段主镜。
该团队正在研究为ATLAST配备10米玻璃或碳纤维分段镜的可行性。戈达德航天中心的工程师卡尔·斯塔勒说：“这样，ATLAST的光收集能力将是哈勃望远镜的17倍。”
ATLAST项目的科学家哈利·特龙森说：“ATLAST将实现重要的科学目标，这些目标是地面上的观测台或任何其他计划中的太空任务都不可能实现的。现在，是时候为未来作规划了。”
NASA计划于2025至2035年间将ATLAST发射到地球和太阳之间的第二拉格朗日点（即L2点，距离地球约150万千米），该点是各种探测器、天体望远镜定位和观测太阳系的理想位置，只需消耗很少燃料就能实现长期驻留。
根据NASA目前正在进行和计划中的项目来看，NASA在未来有四大发展方向，第一是加强与民间私营企业和国际合作，发展新一代载人飞船，实现地球至月球，甚至地球至火星之间的宇宙载人航行。
第二是积极发展以太空3D打印技术为主力的太空制造技术，大幅减少ISS和其他航天器的轨道维护和补给成本，将ISS大幅改进，力求实现“自给自足”（生产原料仍需地球补给）的太空生产能力。
第三是继续加强深空探测能力，利用新型太空望远镜和无人探测器寻找太阳系外可能存在的人类宜居星球以及潜在的地外生命。
第四是研发并实现太空移民技术，近期目标是在月球和火星上建立永久基地，远期则是向太阳系外发展。
人类会成为宇宙的拓荒者吗，我们将登临火星，飞出太阳系吗？相信人类的探索不会停下脚步。
NASA的未来战略
2014年6月，NASA发布了一份指导性文件，NASA局长查尔斯·博尔登表示，该规划阐述了NASA未来发展的构想，其中的战略目标包括：
扩展人类在太阳系中的活动范围，并实现登陆火星，以推进探索、科学、创新和国际合作；
通过在国际空间站开展研究，以确保未来空间探索。促进商业空间经济，并推进基础生物和物理科学发展；
促进并利用美国商业能力，向太空运送货物和人员；
了解太阳、太阳系及其与地球的相互作用，例如空间气象环境；
探究太阳系的内容、起源和发展及潜在可能存在的生命；
探究宇宙如何运行、起源和发展，以及寻找其他恒星周围行星上的潜在生命。
来源：2015年03月04日出版的《环球》杂志 第05期
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