想去火星旅行吗？以下是这次旅行可能需要的时间。

尽管《星际迷航》中的超光速旅行让我们相信，星际旅行仍然是一件非常艰巨的事情。以前往火星为例。美国宇航局和其他航天机构向火星发射的探测器在太空中停留了大约七个月才到达目的地。人类的旅行时间可能更长——可能要几年的时间。

人类机组人员需要很多东西才能生存，而机器人则不需要，比如食物、水、氧气和足够的返回补给——这些重量会减慢航天器的速度。根据目前的技术，NASA 计算估计，载人往返火星的任务加上在火星表面停留的时间可能需要两到三年。“我们确信三年是可行的，”NASA 人类探索和运营任务理事会火星架构团队负责人米歇尔·鲁克 (Michelle Rucker) 说。

但 NASA 的目标是缩短这个时间，部分原因是这样可以让人类的火星任务更加安全——我们仍然不知道人体能在多大程度上长时间承受太空环境。（在太空中连续停留时间最长的记录是 437 天。）该机构正在投资开发新推进技术的项目，这些技术可能会使太空旅行更加快捷。

通往火星的曲折道路

在科幻世界中，一艘宇宙飞船会从地球发射并直接飞往火星。这样的轨迹肯定会让旅行速度更快。但真正的太空旅行比从 A 点到 B 点要复杂得多。

“如果你拥有所需的全部推力，那么你可以忽略宇宙中存在引力的事实，直接穿过太阳系，”康奈尔大学宇航学教授、曾于 2011 年至 2013 年担任 NASA 首席技术专家的梅森·佩克 (Mason Peck) 说道。“但这种情况目前还不可能实现。”

这样的直线轨迹有几个挑战。当航天器离开地球时，它需要摆脱地球的引力，这需要相当大的推力。然后，在太空中，来自地球、火星和太阳的引力将航天器拉向不同的方向。当它离太阳足够远时，它将进入绕太阳运行的轨道。克服引力需要大量燃料的机动。

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第二个挑战是行星不会停留在一个固定的位置。它们以各自的速度绕太阳公转：当航天器发射时，火星与地球的距离与红色星球在七个月后与地球的距离不同。

因此，佩克表示，前往火星最省油的路线是绕太阳的椭圆轨道。单程这条路线最多需要行驶数亿英里，耗时半年以上。

但设计一次载人火星探测任务不仅仅是要确定航天器往返火星的速度。NASA 火星架构团队太空推进负责人帕特里克·柴 (Patrick Chai) 表示，这关乎“平衡”。柴说：“在如何优化某些事物方面，我们必须做出一系列决定。我们在哪里用性能换取时间？如果你只看一个指标，你最终可能会做出对这个特定指标非常好的决定，但在其他领域可能会有问题。”

速度的一大权衡因素是载重量。以目前的技术，每缩短一次火星之旅都需要更多的燃料。

如果你开车，你知道，为了加速，你必须踩油门。航天器也是如此，只是刹车和转弯也需要燃料。例如，为了减速，航天器会朝与前进方向相反的方向启动推进器。

但太空中没有加油站。燃料越多，飞船的质量就越大。质量越大，需要燃料越多，才能推动这些额外的质量在空中飞行……等等。鲁克说，将往返任务缩短至两年后，这种权衡的效率就会开始呈指数级下降。至少，以目前的技术来看是这样。

新技术加速行程

美国宇航局希望能够大幅缩短这一时间。2018 年，该机构征集了技术系统提案，使小型无人飞行器能够在 45 天或更短的时间内从地球飞到火星。

当时，这些提案并没有引起太大的关注。但这一挑战激励工程师们设计出尚不存在的创新推进系统。现在，NASA 已开始资助主要竞争者的开发。特别是，该航天局着眼于核推进。

目前，航天器主要依靠化学推进。“基本上就是将氧化剂和燃料混合，然后燃烧，产生热量。然后通过喷嘴加速加热的产物，产生推力，”NASA 的 Chai 解释道。

几十年来，工程师们都知道核动力系统能够产生更大的推力，而且燃料用量比化学火箭少得多。只是他们还没有造出这样的系统——不过这种情况可能即将改变。

美国宇航局的核投资项目之一旨在将核热发动机集成到实验航天器中。敏捷地月操作演示火箭（DRACO）计划是与国防高级研究计划局（DARPA）合作开展的，旨在最早在 2027 年展示由此产生的技术。

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然而，最快的火星之旅可能来自另一个项目。这个概念是佛罗里达大学研究人员的创意，并得到了美国宇航局的资助，旨在实现柴所说的核推进的“圣杯”：一种将核热推进与电推进相结合的组合系统。

“我们做了一些初步分析，看起来我们能非常接近 [45 天]，”该项目负责人、佛罗里达大学内部应用研究项目佛罗里达工程应用研究 (FLARE) 的实践教授 Ryan Gosse 说道。但有一点需要注意：这个时间表适用于轻型载荷且无人搭载的情况。但是，如果该项目成功，该技术未来可能会扩大规模以支持载人任务。

核推进有两种类型，各有优缺点。利用热量的核热推进可以用少量燃料快速产生大量推力。利用带电粒子的核电推进燃料效率更高，但产生推力的速度要慢得多。

“当你在深空时，电力推进真的很棒，因为你有充足的时间来推进。效率，每加仑英里数，远远优于高推力，”柴说。“但当你在行星周围时，你希望这种动力能让你摆脱重力。”

然而，Gosse 表示，挑战在于，这两种技术目前都需要不同类型的核反应堆。这意味着需要两个独立的系统，这会降低核推进系统的效率。因此，Gosse 和他的团队正在努力开发一种技术，可以使用一个系统来产生两种类型的推进力。

美国宇航局的火星建筑团队也正在研究一种双峰概念，即使用化学推进系统在行星周围机动，使用太阳能电力推进系统在深空中进行推进。

“我们正在开发工具箱中的不同工具，”NASA 的 Rucker 说道。“一种工具不足以完成我们想要进行的所有探索。所以我们正在研究所有这些工具。”