核能火箭的野心与哀歌

在努力征服月球的同时，雄心勃勃、手握重金的美国航空航天局自然不会放过人类最有希望征服的另一颗行星——火星。对月球的探测依然没有走出地月系统，跟载人探测行星的意义不可相提并论。尝到胜利甜头的美国人开始了载人探测/登陆火星的计划。美国那时已经拥有了足够强大的土星5号火箭作为基础，后来维京号的成功也证明利用降落伞和反推发动机进行降落的有效性。阿波罗载人飞船也被证明是非常成功的，有经过改进来抵御火星大气冲击的空间。只要有更大的投入，美国的科学家相信他们有能力从技术上满足登陆火星和返回地球的需要。

著名科学家冯·布劳恩是个狂热的火星迷，他甚至写了一本书，名叫《火星计划》（The Mars Project）。冯·布劳恩有信心制造出更强大的火箭来完成火星征服任务。他甚至提出用10艘近4000吨的巨型飞船组成舰队前往火星的方案。这个方案显然极难实现：一艘仅45吨的阿波罗飞船，就已经花费高昂，这个火星载人探测方案就算把美国的科研资金烧光也远远不够。以现在的眼光看来，那也是天方夜谭，可见当年航天工程师们的“疯狂”。

这并不是终点，工程师们总是在思考如何最大限度地利用现有资源。美国后来考虑使用巨大的土星5号火箭将一枚用核动力驱动的火箭送入近地轨道，再将两个小组共计12名宇航员及各种补给送入近地轨道。在将各种模块组合成小型空间站后，这枚核能火箭推动它们完成火星之旅，然后返回地球。虽然最终未必登陆火星，但能载人前往火星也是一个伟大的突破。这个想法比冯·布劳恩的方案“现实”一些，就差一个核能火箭而已。而且，核能火箭的应用显然不限于火星探测活动，还可以用于其他重载任务。在冷战时期的军备竞赛中，任何一种新技术都是焦点，苏联和美国都推出了核能火箭发动机项目。在失重的工作环境中，这种火箭用核能释放的巨大热量加热液氢，它的比冲远远超过普通化学燃料火箭，能够大大提高推进效率。

（图源：NASA）美国核能火箭发动机在进行测试

1968年，美国的核能火箭发动机研制工作取得很大进展，已经能够满足深空探测的初步需要，载人前往火星的潜力值得进一步挖掘。其实，在人类早期载人航天竞争中，新技术的发展速度是惊人的，远不是今天能够想象的。例如：1966年3月，交会对接技术首次被使用，两年后的阿波罗探月任务每次都需要进行多次航天器对接。阿波罗飞船的登月舱在1968年1月测试成功，一年后就着陆在了月球表面。阿波罗登月计划中的月球车更是发展迅速，第一辆月球车在1971年4月问世，两个月后阿波罗15号宇航员已经开着它在月球上“飙车”了。因此，在核能火箭取得突破后，美国科学家登陆火星的想法近乎疯狂，征服红色战神似乎指日可待。

然而，这个想法至今并没有实现。相比载人登月，登陆火星的难度要大得多。月球围绕地球做椭圆运动，地月距离的变化仅在1万千米数量级而已，二者之间的平均距离是38万千米。火星与地球大不相同，两者之间的距离变化在几亿千米级别。这个距离最远可以达到4亿千米，最近也有5000多万千米。二者每26个月才靠近一次，平均距离2亿千米以上，相距实在太远！探测月球，只需3天即可到达，几乎随时可以回来；前往火星，最快也要6个月，还要等待窗口期，全程大约需要3年。

此外，阿波罗登月计划的反馈也逐渐令人失望：人类在月球上几乎没有发现任何有实际利用价值的东西。将宇航员送上去，实现工程技术突破，带回一些月球土壤样本。宇航员最多开着月球车走走，几乎没有新的发现。此时就要考虑技术回报和投资的产出比。同样的事反复做，边际效应递减，越往后价值越低。月球基本上是一片孤寂的荒漠，既然登陆6次还没有发现更多的有价值的东西，后续还会有什么发现呢？苏联放弃登月后，对美国而言，连太空竞赛带来的政治宣传价值都越来越有限了。阿波罗11号升空时，万人空巷，几乎每台电视机和每台收音机都在报道；阿波罗17号升空时恰逢圣诞节，美国人只关心哪家商店打折力度更大。

在探测火星方面，水手号和维京号几乎对火星有了全面了解，那里就是一片荒地，又会有什么开发价值呢？苏联的火星探测计划也一直失败，并没有能力挑战美国的领先地位。早期的人类航天项目耗费资源巨大，如果投入不见回报，对于激烈的国与国之间的竞争而言，显然是赔本买卖。肯尼迪之后的美国政府，尤其是尼克松政府，外有越南战争压力，内有海量的社保开支压力，开始大幅削减美国航空航天局与火星探测项目有关的预算，把钱用到别的地方去。

与此同时，在美国阿波罗登月计划的后期，苏联改变思路，在近地空间开发上再次领先美国。苏联秘密发射了礼炮1号空间站，后续还发射了有很大军事潜力的礼炮3号、礼炮4号和礼炮5号。苏联在20世纪70年代到80年代共计发射了7个礼炮空间站。面对苏联的压力，美国只能抽出航天资源发展本国的“天空实验室”空间站项目，其他重大烧钱项目一概取消。载人登月和登陆火星项目毫无疑问是重灾区，几乎被停止。

后来，由于苏联和美国都没有通过载人航天计划获得应有的军事回报，相关资金投入骤减。两国面临的国内外压力都很大，军费开支骤然增加。苏联经济相对较弱，在金星、月球和火星探测上都栽了大跟头，不愿意继续花冤枉钱。美国在冷战中奠定了各方面的优势地位，也没有必要继续烧钱发展代价高昂的深空探测技术。于是，美国也想言和。在经过诸多考虑后，1972年5月，美国总统尼克松访问苏联。经过沟通，双方终止太空竞赛，开始在载人航天领域进行合作。

1975年7月17日，在美方三位宇航员、苏方两位宇航员的操作下，阿波罗18号飞船和联盟19号飞船在地表200千米的高度上交会对接成功。在经过1天 23小时的飞行后，二者各自返回地球，这就是历史上著名的“联盟-阿波罗测试计划”。这次行动标志着人类航天事业进入和平发展时代，成功为未来的航天飞机与和平号空间站交会对接，还有国际空间站项目的合作打下了基础。

（图源：NASA）1972年，美国总统尼克松访问苏联

（图源：NASA）“联盟-阿波罗测试计划”构想图。美苏的这次合作奠定了后续几十年广泛的国际合作基础

但是，这也意味着火星载人探测项目基本没有复苏的希望了。

当然，这种状况并非全是由政治决策和硬件问题造成的，无法解决的深空探测对宇航员健康的影响，也是重要的考虑因素。相比登月仅一周的飞行活动而言，载人探测火星要大约3年时间，趁两次地球和火星靠近的窗口期完成。这对人类身体的承受力带来巨大考验，宇宙辐射、数年饮食和呼吸、长期失重、孤独，甚至核能发动机对人体的影响，都是载人登月计划无法比拟的。这些都需要深入进行研究。而载人登陆火星的难度远远大于无人着陆器，宇航员还要克服火星引力，重新进入太空。这在当时的技术下很难实现，损失宇航员生命的后果不堪设想。

各方在1975年后逐渐放弃了火星探测活动，月球距离火星的一步重新变成了巨大的鸿沟。