載人探測火星的日子，真的已經不遠了嗎？最近，美國宇航局再一次提起了詳細的火星探測計劃，預計在2033年將人類送到火星軌道。在這次任務中，人類太空人甚至可能在返程時順便途經金星，一舉完成兩大壯舉。
探測火星已經不是一件容易的事了，美國宇航局為什麼還要順路探訪金星呢？實際上，這個計劃並未增加任務難度，反而有利於火星探測。
火星探測的窗口期平均每26個月出現一次，再算上路程上的時間，載人探測火星的任務往返就需要差不多3年的時間，這對航天員來說是巨大的挑戰。除了他們的生活面臨種種問題之外，心理上也會遭受巨大的摧殘，微重力和宇宙輻射也會給他們帶來傷害。
因此，如何縮短這項任務的時長，一直是科學家們最關注的問題。
早在2017年，就有人提出了關於載人探測火星的具體設想。在太空飛行器方面，可以分為四個部分：
獵戶座飛船：既要負責將太空人送上太空，也是他們返回地表時乘坐的設備；
火星過境棲息地（MTH）：這是太空人休息和生活的區域，有點類似於空間站；
地球出發級（EDS）：在高地球軌道進行地火轉移推射；
火星入軌級（MOI）：在接近火星時進行減速並被火星引力捕獲。
除了上述太空飛行器之外，美國宇航局還需要發射兩個地球轉移射入級（TEI），它們將會輔助火星任務飛行器飛越金星，為返回地球提供更高的速度。
聽了這麼複雜的計劃和許多新的設備，並且像飛越金星這樣的任務還需要防止太陽高溫帶來的破壞，你可能覺得這個任務需要面對的問題很多，有點遙不可及。其實不然，不僅太空發射系統和獵戶座飛船已經在去年年底得到了初步驗證，其他的部件都已經在設計之中了。
根據美國宇航局噴氣推進實驗室的最新研究，2033年我們將迎來一個史無前例的窗口期。如果人類能在這一年執行火星探測任務，就有望將這項任務的時長縮短到1.6年左右，幾乎相當於腰斬。儘管這個時間仍然很長，但縮短的幅度也相當明顯了。
時間等於路程除以速度，我們要麼縮短路程，要麼加快速度。但火星就在那裡，不會改變，只有改變速度才行。雖然人類的傳統火箭在速度上不太可能在十年內大幅提升，但我們還可以「找外援」，那就是金星。
在電影《流浪地球》中，大家都看到了地球藉助木星的引力彈弓效應實現加速的設想。在現實生活中，人類已經多次利用這種機制給太空飛行器加速了。不僅是木星，金星也可以給人類太空飛行器加速，只不過這也會讓任務變得更加複雜。
研究人員提出，這樣的任務不能通過單枚火箭的發射實現，而是需要多次發射，在太空進行組裝的模式。換句話說，這和我國目前研究的登月計劃是類似的。
在報告中，研究人員提到了火星任務飛行器（MMV）的概念，該飛行器以美國現有的獵戶座飛船為基礎，外加三個推進級組成，發動機採用常規的RS-72或XLR-132，燃料則首選一氧化二氮（N2O4）和單甲基肼（MMH）。
根據研究人員的設想，在2028年的火星探測窗口期，就要逐漸將火星任務飛行器的各個單元發射到地球和火星軌道，這需要差不多4次太空發射系統和13次商業火箭的發射，總有效載荷質量約為1125噸。
這一步又可以細分為兩部分，第一部分是兩枚太空發射系統Block2和10枚商業運載火箭將兩個地球轉移射入級送到火星軌道，進行對接。第二部分則是由一枚太空發射系統Block2和10枚商業運載火箭將運載工具送到高空軌道進行對接，準備迎接乘坐獵戶座飛船來這裡的太空人。
太空人需要乘坐發射於2033年3月底或4月初的火箭，前往火星。由於他們可以在太空對接後再出發，這就提供了相對更廣闊的窗口期。一旦出發，經過大約200天的時間，他們就能在2033年11月左右抵達火星，與此前已經運抵火星的空間站對接。
從火星回地球卻不需要再等到下一個窗口期，而是可以提前出發。因為每隔15年，地球、金星和火星就會迎來一次特殊的排列，利用金星的引力加速，返回地球。因此，太空人在火星軌道上僅僅駐留30天，就會展開返回地球之旅。
在返回階段，飛船會與兩個地球轉移射入級對接，前往金星，藉助金星的引力進行加速，返回地球，這個過程一共需要340天，最後獵戶座飛船重返地球大氣層，結束這次漫長的任務。這樣一來，整個項目的時間就可以控制在大約570天的時間內，不僅大幅縮短了任務時長，還能讓人類在歷史上首次實現近距離親眼目睹金星芳容的壯舉。
可以說，這個任務確實非常複雜，發射的太空飛行器數量也非常多，對人類的航天能力要求比較高。你可能會問了：難道就不能直接前往火星嗎？
能，研究人員也提出了這種簡單直接的模式。不過就像我們說的，由於火箭運載能力的限制，這種模式必須在兩個連續的火星探測窗口期內展開往返的旅程，因此時間也比較長。太空人需要在火星軌道上等待整整550天的時間，才能迎來返回地球的窗口期，僅僅駐軌時間就和上一個任務的全程差不多，任務的整體時間則長達950天，也就是2.6年。
時間的代價換來的是任務的難度大大降低，比如地球轉移射入級只需要一個就可以返回地球，其他構件也少得多。
有得必有失，這對人類的航天能力來說也有新的要求，比如離開火星軌道時需要更強的推進力，單個模塊的燃料需求也更高。這些還好，關鍵是航天員如此長時間地生活在微重力和輻射環境下，生命安全能否保障也是一個問題，並且幽閉在狹窄環境內，心理問題也值得關注，生命支持系統、供應和廢物管理等問題也更加凸出。
也就是說，這種模式的確難度相對更低，所需的新技術也比較少，成本也沒有另一種模式高，但由此面臨的風險也更大。究竟該選哪一個，是美國宇航局需要審慎考慮的。