火星梦想

　　1924 年 9 月 25 日，十月革命后的第七年，莫斯科的影院上映了一部苏联梅兹拉庞电影制片厂拍摄的科幻电影《阿爱里塔：火星女王》。该片由雅可夫·A·普洛塔萨洛夫导演，根据大作家阿列克谢·尼古拉耶维奇·托尔斯泰 （1883—1945）的著名小说《阿爱里塔》（Aelita）改编。电影立刻掀起了观映热潮，观众蜂拥而至，争睹这部情节新奇、构思大胆、场景壮丽的大片。这部影片讲的是一位莫斯科工程师罗斯和同事建造了一艘飞船来到火星，与火星女王阿爱里塔坠入爱河。这时，同船去的红军士兵古谢夫鼓动火星工人反抗骑在他们头上的统治阶级，火星爆发了革命，罗斯与阿爱里塔不得不洒泪分别。

　　这部小说和电影产生了巨大影响，苏联后来设立的科幻书籍奖就以“阿爱里塔”命名。电影还打入了西方市场，同样引起了轰动。在很多人的心目中，“阿爱里塔”成了火星和探索火星的代名词。

　　这部小说和电影让人人都议论起火星这颗红色的星球。苏联星际探索的先驱之一弗里德里希·仓德尔（Friedrikh Tsander，1887-1933，行星际通信研究会的发起者之一、反作用推进研究小组领导人）在这时提出了著名的口号：向火星进军！

　　当然，对当时的人类来说，这还只是一个振奋人心的远大目标，脱离地球引力飞向遥远行星的伟大工程要一步一步来。

《阿爱里塔》海报

初露端倪：TMK 方案

　　1959 年 2 月 16 日，科罗廖夫和苏联科学院院长凯尔迪什联名致信最高当局，呼吁研制重型运载火箭，发射载人飞船，进行星际探索。

　　与此同时，科罗廖夫第一试验设计局（OKB-1）第三部的马科西莫夫开始领导一个小组研究用 N-1 发射的“重型载人行星际飞船”：TMK。首次飞行计划在 1971 年 6 月 8 日开始，经过 3 年 1 个月 2 天后，航天员们于 1974 年 7 月 10 日回到地球。这艘庞大的飞船由新开发的 N-1 巨型运载火箭发射入轨，同时 N-1 也是苏联登月计划使用的运载工具。实际上，后来苏联在登月竞赛中败给美国，原因之一就是 N-1 火箭的原始设计更适合发射 TMK 去火星，而不是发射登月飞船去月球。

　　设计师们设想了 TMK 的两种发射方式，一种是直接用 N-1 发射载人的 TMK，另一种是用 N-1 发射不载人的 TMK，然后发射载有乘员组的联盟飞船与之对接，再飞往火星。TMK 上有一个使用液氧/煤油的推进级，它将飞船从地球轨道推向火星。在它耗尽推进剂结束工作后，TMK 的重量也由开始的 75 吨降至 30 吨了。

　　经过 10 个半月的日夜兼程，飞船飞临火星上空，航天员投下一个遥控着陆器，然后利用火星的引力加速，将自己抛入返航轨道，只需很小的中段轨道机动，就能飞回地球。

　　在加速期间，返回舱顶在驾驶舱头上。快到火星时，乘员舱从防护罩下探出头来，返回舱则被移到 TMK 的另一头。天线和太阳能帆板展开，整个飞船开始围绕重心旋转，制造人工重力。乘员舱长 12 米，直径 6 米，重 15 吨。

　　1961 年 10 月 12 日，在 OKB-1 几乎所有部门的共同努力下，TMK 飞船的设计草图终于完成了。飞船重 75 吨，长达 12 米，最大直径 6 米，乘员组 3 人，自持力 1,095 昼夜，使用液氧/煤油发动机。

　　飞船从头到尾是这样布置的：

　　　　1、居住舱，内部容积 25 立方米。
　　　　2、工作/设备舱，包括太阳风暴掩蔽所，内部容积也是 25 立方米。
　　　　3、生物系统舱，SOZh 闭循环环境控制系统就装在这里，内部容积 75 立方米。
　　　　4、杂舱，火星探测器、轨道修正发动机、SOZh 系统的太阳光聚能器、太阳能电池阵和无线电天线都装在这里。
　　　　5、返回舱，直径 4 米，外形就像一艘倒过来的联盟飞船。

　　猜猜这些设备里谁的研制难度最大？

　　是 SOZh 闭循环环境控制系统。

　　在长达 3 年的航行中，航天员们始终生活在封闭的飞船内，必须有完善可靠的环境控制系统。SOZh 系统模仿地球生态系统，采用生物流程，辅以物理-化学方法。蓝绿色藻类将人体排出的二氧化碳转化成氧气。乘员组排出的水份也会被回收，经过离子交换树脂流进叶绿素罐。航天员的食品 20％到 50％要靠船上的无土培养温室生产。让上述设想成为现实是一个巨大的挑战。比如，要有一个巨大的复杂的太阳光聚能器，以便为一个面积有限的区域提供高强度的阳光照射。

　　航天医学问题是火星任务最有挑战性的难题。

　　如何防御辐射？怎样循环和再生使用空气与水？航天员长期在失重环境下能否生存？是否有必要制造人工重力？怎样制造人工重力？怎样保证乘员组在长期飞行中的心理健康？

　　有关人员进行了一系列研究、试验，召开了很多会议。1963 年 7 月 22 日，凯尔迪什、科罗廖夫、沃洛宁和卡马宁就参加了一次飞船生态环境问题研讨会。与会者在会上提出了各种问题，也给出了各种解决的建议。例如，有一份报告指出，一千克绿藻一天可以生产 27 千克氧气，一个人一天要消耗 27 千克氧气，因此按每人配 2 千克绿藻就可以解决供氧问题。

　　由于原研制单位工作不力导致进度延误，生物医学问题研究院（IMBP）和星辰设计局加入进来，与 OKB-1 共同研制 SOZh  系统。进度大大加快，一座名为 NEK（或称 SU-100）的地球环地面境模拟训练装置建成。1967 年 3 月 5 日，乌里比谢夫等 3 位研究人员进入该封闭环境呆了整整一年，美国类似的试验直到 1970 年 7 月才开始，而且只持续了 90 天。

　　关于辐射防护问题，根据卫星数据的分析结果，一般情况下，在整个火星任务期间，太阳风和宇宙射线的累计剂量仍在可接受的范围内。但是在太阳活动高峰期，航天员们还是需要找个地方避一避。设计师们在设备舱设立了一个太阳风暴掩蔽所，里面有一个“掩蔽坑道”，里面专门设了一套简化的飞船控制系统帮助航天员控制飞船。

　　另外一个特别的问题是长期失重对航天员的影响。设计师们对此一无所知。他们考虑是否能让飞船旋转产生重力来解决这个问题。但是由于飞船的直径只有区区 6 米，科里奥利效应将十分明显，它给航天员带来的麻烦可能会比失重还大——他们会恶心、呕吐得无法正常生活、工作。设计师们最后决定让飞船隔一段时间转一会儿，让航天员们适应重力。

　　为尽可能减少乘员数量，自动设施将代替人工监测系统操作。各系统的状态会集中显示在主仪表板上。电子和电气系统安装在一根轻质悬梁上，以方便航天员接近、检修。

　　TMK 飞船参数：

　　乘员：3 人，设计寿命：1,095 天，长：12 米，最大直径：6 米，翼展：12 米，重量：75 吨，主发动机推进剂：液氧/煤油，比冲 350 秒，电力供应：太阳能电池和太阳能动力。

TMK，飞向火星！

TMK 释放火星登陆舱

小资料：N-1火箭

　　N-1 火箭是苏联用于和美国土星 5 号火箭竞争的巨型运载火箭，用于发射登月飞船、行星际探测器和地球轨道重型航天器。1969～1972 年发射 4 次均失败，遂中止研制。

　　N-1 有很多型号，发射重量 1,012～3,000 吨，最大直径 17 米，全长 105～125 米，起飞推力 4,500～5,250 吨，低轨道运载能力 82～125 吨。

发射台上的 N-1 运载火箭