故事的起源，美國的火星探索之旅。
美國從二戰後的幾十年，壹直在探索外太空，這壹點在我沒有深入閱讀太空史，我是感受不到其偉大的，直到這幾年，我國天問號，各種科技實力追上來之後，我反過頭去看美國的外太空歷史，我才發現美國人的探索精神，其實很值得學習。
從1961年到1972年，美國通過阿波羅任務實現了六次登月，阿波羅任務也被譽為世界航天史上具有劃時代意義的項目。對於全體人類而言，成功登月也讓我們成為全新的“跨星球”物種。
而很快，美國在成功登陸月球之後，就開始把目標放在了火星。然而，火星探索明顯是比月球探索更加艱難的任務。這壹點，可以從當時的蘇聯VS美國的戰績來了解。
從美國航天局NASA統計的人類火星任務列表來看，美國蘇聯是探索火星最多的國家，而美國也是成功次數最多的國家，但也是失敗次數很多的國家。
美國於2001年成功發射了“火星奧德賽”探測器，首次發現火星地表下面存在水冰，這預示著火星上存在生命的可能性。
“火星奧德賽”至今仍在進行科學探測並為火星上的著陸任務提供通訊中繼，是目前火星探測器裏“服役期”最長的壹個。
2003年，美國第二代“雙胞胎”火星車“勇氣”號和“機遇”號相繼成功發射。
與第壹代火星車相比，第二代火星車性能大大增強，實現了對火星較大範圍的移動勘測。
“勇氣”號和“機遇”號發現了火星上曾經存在水的證據，也讓科學家們獲取了對火星歷史上水文活動的詳細資料。
而也是這段探索故事吸引了我，我特別去了解了下這次火星尋水之旅的來龍去脈。
第壹幕：任務艱巨，臨危受命
火星是整個太陽系中除地球外最適合開發的星球，人類也早在上世紀60年代便開始探測，但早期探測的失敗率很高，蘇聯甚至直到解體都未取得真正意義上的壹次成功。在經歷上世紀60-70年代冷戰時期的瘋狂後，人類火星探測戛然而止，直到上世紀90年代才重新開始。但是很不幸，美國開局的火星觀察者號（1992年）失敗，俄羅斯開局的火星96號（1996年）也在升空後失敗。
直到1996年，美國的全球勘探者號才迎來成功，與它壹起前往的還有探路者號著陸器/旅居者號火星車，小小的旅居者號也在1997年成為人類第壹輛成功著陸的火星車。相比較只能定點著陸的著陸器，火星車有個巨大的優勢：能夠移動，這壹條就足以說明它們的價值。但它實在太小，僅為10多千克而已，攜帶的儀器自然不可能擁有復雜功能，僅僅工作了幾十天就宣告任務結束。人類迫切需要壹個全面、復雜、多功能的火星車登陸火星。
在這種需求下，NASA的火星探測計劃就正式立項了火星探測漫遊者（Mars Exploration Rover，MER）項目，它包括兩個重量為185千克的火星車，MER-A和MER-B，二者完全相同且互為備份。但沒想到，1999年美國兩個抵達火星的任務再次面對浩劫：大氣勘探者號軌道器直接焚毀在火星大氣中，極地登陸者號則在距離地表僅40米處墜毀。 在這種情況下，這兩輛火星車完成任務的壓力可想而知，失敗的代價使人類火星探測再次陷入低谷。
第二幕：鼓足勇氣，抓住機遇
幸運的是，2001年發射的火星奧德賽號軌道器取得巨大成功，它可以為地面功率較低的火星車提供信號轉發，這意味著兩輛火星車任務可以在2003年順利踏上旅程。
因此， 這兩輛火星車雙胞胎兄弟被最終命名為勇氣號（MER-A）和機遇號（MER-B）。 而事實上它們還有兩個“堂兄弟”留在地球上用來測試，其中壹個和它們的科學儀器、結構、重量幾乎壹模壹樣，用來測試各個儀器工作情況；另壹個則輕壹些、幾乎不攜帶儀器，僅用來模擬火星重力下重量對機體結構的影響。
兩個探測器分別在2003年6月10日和7月7日乘坐巨大的三角洲2火箭順利升空，它們采用了壹條長達200余天的漫長霍曼轉移軌道前往火星，並在次年1月份先後抵達。
第三幕：死亡七分鐘和氣囊彈跳
火星降落從不是壹件容易的事情。火星引力低於地球，存在稀薄大氣，但可以像著陸地球壹樣，使用空氣阻力摩擦和進壹步降落傘結合的方式減速。由於速度較快，摩擦能產生巨大的熱量會不斷在探測器表面積累，達到驚人的2100攝氏度（好奇號火星車降落過程）。但是，火星大氣也過於稀薄，僅有地球1%不到，它的減速作用有限，所以不可能像地球壹樣使用降落傘即可完成最終減速。
此外，火星距離地球最近也在5000萬千米級別，這已經意味著將近6分鐘的往返通訊延遲，實際還要考慮二者自轉造成的遮擋，實際時間遠大於此。整個登陸過程不可能由地球上人工控制和監測完成， 從探測器開始進入火星大氣邊緣，到最終火星著陸，只有7分鐘左右時間，必須靠自己。 雖然著陸時間短暫，全程卻有上千個操作要獨立進行，任何壹個環節出問題都會導致功虧壹簣。例如2016年10月19日，歐空局斯基亞帕雷利號著陸器在執行任務時最後壹刻失敗，直接撞向火星表面粉身碎骨。否則它的著陸地點亦是機遇號火星車所在的子午線高原，如果成功它們將成為並肩戰鬥的夥伴。只是結果無比遺憾！
在進行大氣減速、降落傘減速後，探測器降落裝置必須利用反推火箭工作。但自帶反推火箭會導致探測器底部被巨大的燃料箱、發動機、傳感器等占據，壹旦降落後就會成為死重，非常不適合應該自由移動的火星車執行任務。
最後勇氣號和機遇號的選擇方案是氣囊彈跳方式 ： 降落傘脫離後，依然采取火箭反推方案進行減速和懸停確定著陸地點。 不過此時著陸器又分成兩個部分，壹部分攜帶有反沖火箭和燃料罐，另壹部分則將火星車折疊後牢牢包裹在巨大的氣囊中。著陸器確定好著陸區域後，會將氣囊彈出並用繩索牢牢吊住，穩步下降命令下達後繩索斷裂。氣囊在距離火星地表數米處釋放，隨後在地面經過多次彈跳後穩定下來。巨大氣囊內部往往有平衡設備，能保證氣囊停止後折疊的火星車跟地面保持正確的姿態，隨後氣囊打開，火星車緩緩展開並駛出，這個技術在探路者號任務時已經成功驗證。
第四幕：龜速移動的火星“車”
為了成為壹個可以移動的車，勇氣號和機遇號必須裝載額外的動力、成像和導航系統，這在定點著陸的任務中是基本不存在的。 兩個探測器動力都來自兩塊背上的太陽能電池板 ，它們采用了當時地球上最為先進的多結太陽能光伏電池、可以吸收並利用太陽多個光譜中的能量，但由於火星表面太陽能遠不如地球豐富且大氣中布滿沙塵，在最好的狀態下太陽能僅能提供每天900瓦特小時的能量，不到壹度電，平均下來工作效率普遍在半度電水平。
而當火星爆發全球性沙塵暴時，漫天的黃沙會急劇減弱太陽光照且附著在太陽能電池板表面，使得壹天的產能僅僅為100瓦特小時的能量，火星車必須進入休眠狀態。即便是天氣最好、高峰時的900瓦特小時，這些能量僅能讓地球上的普通熱水器工作半個小時，只能維持壹個40瓦的老式燈泡亮壹天。 為了充分利用能量、尤其是避免夜晚時沒有能量來源，在火星車上還背了兩個7千克重的鋰電池以儲能。
考慮到這兩個火星車是個高1.5米、寬2.3米、長1.6米、有6個輪子的龐然大物，還要完成復雜的通訊、導航、科研、數據分析處理功能，這點電力就很有限了。這跟大家想象的火星車在火星表面馳騁的場景完全不同，事實上兩輛火星車的運動速度是以厘米/秒來計算，它們倆的“飆車”極限速度僅有5厘米/秒，而平均運動速度僅有1厘米/秒。
根據它的自我防護系統，它還要每開10秒就停下來20秒檢查地形、避免風險。所以實際上火星車開的效果是：花了10秒鐘，往前爬了大概壹個人類手掌的長度，然後停下來喘息20秒鐘，再繼續努力往前爬。
第五幕：價值連城的“超級名車”
火星車還必須攜帶有大量圖像拍照系統以輔助導航和自我軌跡判斷，畢竟火星上可沒有人幫它們指路，必須自給自足完成。因此， 它們都攜帶了壹個全景相機、導航相機安裝在1.5米高的頭部，身上還需要攜帶四個避險相機拍攝前後左右以避免危險， 可謂是標準的“畏首畏尾”。沒有辦法，畢竟這是個極其精密、造價高達4億美元的壹輛車，經過大致計算，平均下來大概每克的價值就接近15000人民幣，這可比壹輛用純黃金（金價大約壹克300人民幣）做的車貴太多了。
不僅如此，它小小的能量依然要支持與地球的通訊，但顯然這個能量太弱了，遠遠不夠直接把信號發回地球。因此 它們的選擇方式是依賴其他“前輩”幫忙轉發和傳遞信號：美國的奧德賽號、全球勘探者號、MAVEN、偵察軌道器等都相繼為它們提供過數據傳輸服務。
在解決了動力、導航、通訊等核心問題後，終於到了最重要的方面：科研！ 雖然能量有限，兩輛火星車依然攜帶了非常先進且高度集成化的科研儀器，它們基本都安裝在火星車前部伸出的機械“手臂”上面。這也是無奈之舉，因為整個背上幾乎都是太陽能電池板，底部又全部是動力系統和結構系統。
在手臂上，既有穆斯堡爾譜儀、阿爾法粒子X射線光譜儀、磁體儀這種能夠詳細解讀巖石和土壤中化學成分的儀器，也有熱輻射光譜儀（裝於頭部）和顯微成像儀這種能從遠處和微觀的近處觀察土壤結構圖像的設備。當然，為了輔助這些儀器得到研究的樣本，還需要壹個研磨工具，將巖石粉碎。在使用儀器時，火星車需要停下來，將大部分能量集中在機械臂上，機械臂把帶有儀器們的前端緩緩擡到要研究的地方放下，儀器才可以開始工作。
第六幕：火星探測，使命必達
按照計劃， 勇氣號著陸在古瑟夫隕石撞擊坑（Gusev Crater） ，這個170千米寬的超級撞擊坑可能隱藏著火星土壤的深層秘密； 機遇號著陸在子午線高原（Meridiani Planum） ，這裏曾經被發現存在大量的結晶赤鐵礦，這意味著在遠古時代這裏極有可能是火星巨大的海洋/湖泊所在地。
兩個小家夥抵達火星後果然不負眾望，為我們帶來了海量科研成果，大大補充了“前輩”維京壹號/二號、探路者號/旅居者號任務的研究成果。它們進壹步分析了火星土壤成分，相比較地球土壤中基本50%是水和空氣、5%是有機物、45%是礦物質和金屬而言，火星土壤中僅僅有2%的水和空氣，而余下的98%都是礦物質和金屬。此外，在火星土壤中還首次發現了鎳和鋅元素，這二者理應來自火星深層內核，這個發現意味著火星表面的土壤可能源自火山噴發而來，也就是火星億萬年前劇烈地質活動時期的產物。
勇氣號曾經在壹塊火星巖石上進行過“深層次”研究，它鉆出了壹個4.5厘米直徑、0.5厘米深的洞，幾乎是壹個嬰兒的手掌般。看似人類可以輕松做到，但對勇氣號而言已經著實不易：這是它壹動不動鉆探了兩個小時的結果。經過分析這塊石頭的基本結構，科學家們發現只有可能水的參與才會形成這些微型紋理和孔洞。
它的“兄弟”機遇號則詳細研究了大量類似地球上的玄武巖、表面覆蓋了多層不同物質，它還去了壹個富含粘土的山丘，以及壹個遠古湖泊的底部，那裏發現了包括赤鐵礦（壹種鐵銹）在內的含水礦物質，它甚至在撞擊坑底部觀測到了水流淌過後的痕跡，這意味著也許今天火星地下依然可能存在液態水。機遇號也比較幸運遇到了壹個來自太空的禮物：它找到了壹顆鐵鎳構成的隕石，也是人類首次在外星球找到隕石。
這些都印證了火星在遠古時期擁有溫暖潮濕的環境。不過，它們經過研究化學成分後推出結論：火星曾經的海洋和湖泊並不像地球上的水體壹樣溫和，而是絕大部分水體呈現強酸性，並不適合絕大部分地球生命生存。它們的研究遠超於此，不過限於篇幅沒法全部展開了。
第七幕：我們征服太空，不是因為它簡單，而是因為它很難
在勇氣號和機遇號出發前往火星前，2001年9月11日，美國遭遇了歷史上最嚴重的恐怖襲擊，紐約標誌性的兩座世貿大廈轟然倒塌。這次襲擊造成近3000人殞命，且相當壹部分是參與救援的消防員們，給美國造成了巨大的損失，事後全世界陷入了哀悼的氣氛之中，這兩個探測器也不例外。但正如它們的名字，代表了人類要越挫越勇的心情，在事後的遺跡清理過程中， 科學家們利用找到的金屬材料制作了壹個特殊的線纜保護罩，它用來保護巖石粉碎工具。
此外，它們的著陸地點也成為了紀念碑。其中，勇氣號的著陸地被叫做“哥倫比亞紀念碑”，這是為了紀念2003年2月1日哥倫比亞號航天飛機返回期間解體的災難；相應地，機遇號的著陸地被叫做“挑戰者紀念碑”，為了紀念1986年1月28日挑戰者號航天飛機在起飛期間解體的災難。在這兩個載入人類史冊的航天災難中，各自有7名宇航員殞命，成為歷史之最。
正如肯尼迪總統的名言：“我們選擇登陸月球，不是因為它簡單，而是因為它很難”。兩輛火星車，也肩負著人類的偉大使命。
第八幕：老兵不死，創造奇跡
這兩輛火星車的原計劃工作時間都是90天左右，科學家們認為90天之後火星空氣中的沙塵就會覆蓋滿太陽能電池板，導致能量過低而無法繼續工作。但沒想到的是，火星上劇烈的沙塵暴和大風天氣卻幫了忙，風吹去了蓋在太陽能電池板表面的塵土，讓它重新暴露在太陽光的照射之中而獲得新生。雖然在2007年火星巨大的沙塵暴中、99%的陽光被沙塵遮蔽了數月而導致這兩個兄弟險些任務失敗，但它們通過休眠方式在比地球風速快10倍以上的惡劣環境中最終幸存下來，贏得新生。
在這種情況下，勇氣號壹直堅持工作到2011年3月22日才宣告任務結束，此前它已經經歷了輪子故障不能轉動、且在2009年時就陷到軟土中根本無法動彈，但它依然在那個坑裏堅持工作了兩年之久直到失聯，那裏成了它最終的墓地。
而機遇號情況好很多，它曾經也陷進過壹片碎石沙地中，不過後來依靠地球上兩個“堂兄弟”的各種模擬才最終花了壹個半月時間逃離，那壹小塊地區也因此被重新命名為“地獄沙丘”。從此之後它更加小心，壹直工作到2018年年中。
但後期的機遇號也在慢慢老去，每天的機上計算機會不斷重啟，工作壹段時間就會自動清空數據存儲，它猶如沈沈暮年的老人壹樣患上了“癡呆癥”和“失憶癥”，讓人惋惜又深感無奈。
勇氣號和機遇號雖然移動速度極慢，但超長服役的結果卻使它們成為了最優秀的火星車。 勇氣號***計工作了2269天，機遇號工作了5000多天。機遇號以平均1厘米/秒速度運動創造了在太空中最遠行駛裏程的記錄，它已經在火星表面行進了45千米以上，早已超過前蘇聯在1973年發射的月球車二號（Lunokhod 2）在月球表面創造出的39千米的記錄。機遇號就好比是龜兔賽跑裏的烏龜，雖然慢但壹直堅持到了最後的勝利。
不過悲劇的是，2018年火星又出現了席卷全球的巨大沙塵暴，機遇號由於能源問題再次陷入沈睡。年底沙塵暴消退後，NASA嘗試了800多次聯系都未能將其喚醒，最後只得宣布放棄。我們目前已經永遠失去了這兩個火星車。
第九幕：華麗終章，亦是開始
勇氣號和機遇號雖然任務已經結束，但它們的華麗終章並未結束。它們的巨大成功再次掀起人類火星探測的高潮，在此之後有壹系列探測器抵達火星並長期工作。
2003年6月，歐洲火星快車軌道器和小獵犬二號著陸器抵達，軌道器至今仍在工作；
2006年3月，美國火星偵察軌道器抵達，至今仍在工作；
2008年5月，美國鳳凰號著陸器抵達；
2012年8月，美國好奇號火星車抵達，至今仍在工作；
2014年9月，美國MAVEN大氣專家軌道器抵達，至今仍在工作；
2014年9月，印度曼加裏安軌道器抵達，至今仍在工作；
2016年10月，歐洲ExoMars軌道器和斯基亞帕雷利著陸器抵達，軌道器至今仍在工作；
2018年11月，美國洞察號著陸器抵達，至今仍在工作；
“核動力”的好奇號火星車，幾乎是勇氣號/機遇號的5倍大，各方面能力全面升級（圖源：NASA）
未來的2020年，中國、美國、俄羅斯/歐盟等，都將有新壹輪火星探測任務前往火星，火星將迎來最為繁忙的壹段時間。毫無疑問，它們的研究成果，將會大大超越勇氣號和機遇號。
火星探索之後續，未來的人類獲將徹底征服火星
2004 年 1 月，美國當時的總統布什提出了 “新太空計劃”: 2020 年前重返月球並建立永久性基地，同時派宇航員登陸火星 ，但他並未公布具體的登陸日期。
2017 年，特朗 普簽署 “1 號太空政策指令”，宣布包括重返月球、登陸火星和深入探索太陽系在內的宏大計劃。為此，美國重新組建了國家太空委員會，副總統彭斯出任主席。特朗 普也多次在推特上表示，NASA 應直接開展載人探索火星行動，並在未來幾個月公布相關計劃。
同年，在印度南部城市海得拉巴舉行的第 58 屆國際宇航聯合會大會上，美國宇航局前局長邁克爾 · 格裏芬聲稱準備在 2037 年把人類送上火星。但在美國航天局 2020 財年預算請求聽證會上，NASA 現任局長吉姆 · 布裏登斯廷確認，美國計劃在 2033 年將宇航員送上火星，並在火星上生存 2 年。
對於探索火星，想爭第壹的可並非只有美國宇航局 。SpaceX、波音等各大航天企業也在私底下進行著較量。波音公司負責人丹尼斯 · 米倫堡曾在接受采訪時非常明確地表示：“第壹個踏上火星的人將乘坐波音飛機飛往那裏。”
丹尼斯 · 米倫堡的聲明遭到競爭對手 SpaceX 的埃隆 · 馬斯克的諷刺。他聲稱，“波音將在火星登陸競賽中擊敗 SpaceX”的評論聽起來就像是波音自己在說給自己聽，這是在自欺欺人。
當然，對於埃隆 · 馬斯克而言，他的夢想可不僅僅是把人類送上火星，他甚至還想改造火星大氣，把火星改造成為壹顆適宜人類居住的星球。
馬斯克最初是在壹檔電視節目期間表示，想通過核彈對火星進行加熱。而且他並沒有開玩笑，2019 年他還在推特上詳細公布了這壹計劃。馬斯克還揚言將建造 1000 艘星際飛船用於火星旅行。
雖然馬斯克對火星計劃充滿了期待和信心，但是他曾承認自己可能無法親自實現火星計劃，原因是技術的發展有點差強人意。馬斯克曾多次呼籲加速技術研發，他甚至宣稱，如果技術成熟的話，他有七成概率會親自登陸火星。從目前來看，如果不是嘴上說說的話，馬斯克的夢想很有可能實現。
可以肯定的是，當 NASA 以火星為目標時，美國的各大私人航天企業並不會把目標僅僅局限於月球，火星競賽已成必然。
早在 2003 年，為了給載人火星飛行做初步考察準備，美國宇航局、歐洲航天局和法國太空局的科學家們在南極洲進行多種 “人類適應太空”實驗。這是因為往返火星需要長達 2 年的時間。長時間的與世隔絕、孤獨和無助可能沖破宇航員的心理防線，導致他們精神錯亂。
為此，美國宇航局專門打造了 HI-SEAS 火星模擬基地。因為專家們認為，如果想真正了解宇航員可能遭遇的心理挑戰，唯壹的方式就是讓他們置身與火星類似的極端環境。經歷過模擬測試的人員都深深體驗到了宇航員的孤獨與寂寞。
在美國宇航局的計劃中，並未打算從地球直飛火星，而是以月球基地或者空間站為中繼站。當然，這兩者都還在準備當中。美國人尚未完成重返月球的目標，因此月球基地也只能是未來的壹個夢想。但以月球基地為中繼站的想法是深得人心的，因為月球極地存儲的水冰完全能夠制造未來的火箭燃料。
美國宇航局在 2017 年提出，計劃在月球軌道建立壹個永久性基地，也就是深空網關。它將作為未來太空探索的訓練場地和技術實驗場地，旨在為人類登陸火星或其它星球做準備。這個基地就像壹個機場，飛往月球表面或火星的飛船可以在此加油、更換零件或者補充補給。
強大的運載火箭是人類前往月球乃至火星的基礎，運載火箭是人類擺脫地球引力前往火星的基礎，它也是整個人類航天最為重要的基礎，它的能力往往決定壹個航天企業以及壹個國家航天探索能力的上限。
2015 年，美國航空航天局傾力設計的太空發射系統 SLS 通過了專家審議，意味著人類歷史上最龐大、最強大的火箭終於邁出了關鍵的壹步。
SLS 系統是美國航天飛機衍生出來的重型運載火箭。它是美國宇航局的 “深空探測計劃”的壹部分，未來將肩負載人火星和載人月球任務。SLS 火箭類似於戰神 IV 火箭，但其總推力比將超過此前最大的土星五號，它也將成為美國最強大的運載火箭。
2017 年，美國宇航局公布全新壹代火星車 “火星 2020”，也就是現在的毅力號火星探測車。不久的將來，這臺擁有 23 只 “眼睛”的火星車，將執行火星的全景觀測任務。這 23 個相機中，包括 7 個科學相機以及 7 個降落著陸用的輔助相機，以及 9 個工程相機，它們能夠幫助火星車避免火星上的障礙物。
從戰略意義上來說，美國是想要通過探索火星，擴大並牢牢占據太空探索的領導地位。目前，太空探索領域已經並非美國壹家獨大，包含中國在內的各個國家已經崛起並開始挑戰美國的領導地位。
如果說科技是我們全人類的能力邊界，那麽探索太空，了解宇宙，就是全人類的思想邊界。
最近太多關鍵字聚焦所謂的元宇宙，但是我被華大基因尹燁的壹句話觸動，他面對人們對元宇宙的熱情只說了壹句話，“我更關心真宇宙”。
因為所謂的元宇宙再怎麽天花亂墜，它都是基於現實世界來創造的，無論妳是吧愛因斯坦做成AI跟妳對話，還是妳把自己復制成8個分身，妳都需要足夠的知識儲備和技術來實現它。
而這些算法，科技，數學的知識，都是現實物理生物世界裏妳學會的，元宇宙的邊界遠比真實宇宙的邊界小太多...
人類三大起源問題，將是我們人類永恒探索之謎題：宇宙起源，生命起源，意識起源。
而探索宇宙，了解自身，其實都是我們探究這偉大課題的重要方向。