人生如戲，戲如人生，每個人都在上演著不同的角色。
Life is like a play, play, as in life, everyone has played different roles.
關于作者
羅伯特·祖布林，美國著名航空航天工程師，曾任洛克希德·馬丁航天公司高級工程師。他創建了美國火星學會，還是火星直擊計劃的推動者。
關于本書
本書是以火星直擊計劃為主題的科普圖書，這是一份曾經擺在美國宇航局局長辦公桌上的機密載人火星登陸計劃。“硅谷狂人”埃隆·馬斯克在創立 SpaceX 火箭公司后，一度將本書視為商業計劃書。它用豐富的技術細節，講述了如何用有限的預算與當時已有的科技，克服燃料、補給、輻射危害等困難，輕裝上陣地前往火星。
核心內容
詳細論述如何采用“合點航行”“大氣捕獲”的飛行方式，以及在火星生產燃料的方法，讓人類到達火星。隨著火星探索與殖民的完成，人類與地球的關系將重新被定義，擴張型社會將徹底改變未來社會的政治、科技與商業，甚至打開宇宙生命的奧秘。
前言
你好，歡迎每天聽本書。這期音頻為你解讀的是科普圖書《趕往火星》，它還有個副標題叫“紅色星球定居計劃”，這本書的中文版大約30萬字，我會用大約 25分鐘的時間為你講述這本書的主要內容。
2018年2月，“硅谷狂人”埃隆·馬斯克的 SpaceX 火箭公司發射了一枚重型獵鷹火箭，把一輛特斯拉跑車送進了太空，它的目的地正是火星。這場發射充滿浪漫主義情懷，可以看出馬斯克對移民火星的狂熱。但很少有人知道，他的火星夢是受到科普圖書《趕往火星》的影響。這本《趕往火星》1995年首次出版時，馬斯克還在念大學，那時火星對他來說不過是6000萬公里外的一顆紅色星球，登陸火星只存在于科幻電影中。而現在，馬斯克已經在去往火星的路上。馬斯克2017年曾經說，他創立的 SpaceX 火箭公司，未來將負責在火星建設人類往返火星所需要的部分基礎設施，例如利用火星資源生產火箭推進劑的系統等，這個理念正是《趕往火星》這本書的一個核心內容。
這本書的主體部分是火星直擊計劃，這是一份載人火星登陸計劃書，曾經是擺在美國宇航局局長辦公桌上的機密文件。它用豐富的技術細節，講述如何用有限的預算與當時已有的科技，克服燃料、補給、輻射危害等困難，輕裝上陣地前往火星。征服火星曾經是一個遙遠又不切實際的幻想，但本書的出版，單槍匹馬地改變了我們在這個問題上的看法。這話不是我說的，是美國著名的天體物理學家卡爾·薩根的評價。順便說一句，卡爾·薩根有一本非常有名的科學暢銷書《魔鬼出沒的世界》，“每天聽本書”也為你解讀過，感興趣的話可以去聽聽看。
本書作者羅伯特·祖布林博士，是美國著名的航空航天工程師，他創立了火星協會組織，這個組織在地球上運營著兩個火星探索模擬基地，也致力于火星探索和移民。值得一提的是，很多我們熟悉的名人都是這個組織的成員，例如科幻電影《阿凡達》的導演詹姆斯·卡梅隆，而埃隆·馬斯克更是這個組織的董事會成員。
這本書的作者是工程師，所以書里采用了詳細的實驗數據論證，使用了大量的物理公式與化學分子式，我們跳過這些論證過程，全書主要內容可以總結為探索火星的三個問題：一、我們為什么去火星；二、我們怎么去火星；三、去火星后我們應該做什么。接下來我們來說詳細內容。
第一部分
首先進入第一部分，說說我們為什么要趕往火星。作者從個人、國家和全人類三個層面分析了探索火星的必要性和迫切性。
對個人來說，作者認為在人類足跡已經踏遍地球每一個角落之后，人類個人的探險精神必然引領我們將目光望向星空，除了月球，下一個目標就是火星。在這種精神的激勵下，年輕人將投身科學與工程領域，科學技術會迎來新一輪爆發式增長，同時科技的進步會反過來增強我們探索未知的信心。另一方面，火星豐富的礦物、土地資源將促使私人企業家展開新的財富競爭，航天領域將突破新的業態，引領整個商業模式發生革新。就好像大航海時代，哥倫布之所以會啟程探險，除了他的個人探險精神外，美洲豐富的土地資源、香料、內陸毛皮等財富，也是促使他踏上征程的重要原因。
在國家層面，火星計劃顯得更為重要和迫切。這里需要說明一下，作者是美國人，他的觀點是以美國為本位的。本書作者認為，在美蘇冷戰時期，登上月球是全世界面臨的最高難題，而登上月球就確立了美國在國際社會的主導地位。如今國際競爭越來越激烈，但美國正在失去元氣，只有火星計劃才是美國的強心針，如果美國能第一個登上火星，就會向全世界宣示美國仍然是一個創新的先鋒國家。
作者還說，登陸火星對美國來說不僅僅只是一塊干巴巴的里程碑，而是北美移民主義的延續，它會為美國人民帶去實實在在的利益。作者舉了兩個例子說明：第一，登陸火星會讓美國獲得火星不動產的所有權，美國可以創造合適的機制維護火星資源的私有權，接著出售土地和礦物，就能獲得源源不斷的財富；第二，火星殖民的成功會像美國曾經的西進運動一樣，大量勞動力的短缺會提供就業機會，不僅能吸引更多人才，還會迫使節約型科技的發展，甚至刺激公眾教育得到質的飛躍。總之，美國急需火星計劃延續自己的開放性和進步動力。
最后，我們把視野放到全人類的高度，看看火星計劃又將有什么樣的意義。作者認為，一旦火星殖民完成，人類社會的商業模式將會被徹底顛覆。現在，貿易全球化改變了我們的生活方式，而火星將引領我們走入“行星際貿易”時代。作者舉了一個可能最早出現的行星際貿易模式，也就是“三角貿易”。這里的三個角是指地球、火星，以及木星和火星之間的主要小行星帶。地球將會向火星提供高技術產品，而火星則向小行星帶出口糧食與能源，最后小行星帶將礦物原材料送回地球。以火星為橋頭堡，人類將會享受行星際貿易帶來的更多福利。
除了顛覆商業模式，火星計劃還會讓人類文化的多樣性得到延續。作者說，20世紀以來，人類文化的同質化已經非常嚴重，先進的通訊技術和交通技術在讓我們走得更近的同時，也讓我們變得越來越相似，而這會在某種程度上讓我們的社會停滯或衰退。所以作者認為，火星為人類提供的獨立顯得非常重要，同樣的技術水平下，火星殖民會建立一個與地球截然不同的人類文化新分支，到時候，我們想吃火星快餐時，不用擔心送過來的是麥當勞了。
現在讓我們更進一步，火星計劃對人類的意義僅僅在于這些嗎？作者專門提到了一個概念——擴張型社會。他認為，火星將是人類向宇宙擴張的前線，移民火星會帶動航天技術的發展，地球化的火星又會推動新能源技術的進步，這樣，火星上就會出現一個技術實用主義的擴張社會，人類就可以依靠火星為踏板，進入外太陽系更廣闊的領域。事實上，移民火星很像以前歐洲對美洲的殖民，美洲真正的價值絕不僅僅是原料產地與潛在的市場，火星真正的價值或者說更高的價值在于，它為人類提供了一個新的選擇、一個新的家園，而適合火星的人有了選擇的機會。作者認為，火星計劃讓我們終于有機會重新審視自己與地球的關系，每個人都可以思考自己是否真的適合地球，懷揣探險精神和革新意識的人將更適合火星，在那里他們可以大展拳腳。
本書英文原名叫 the Case for Mars，直譯過來就是“火星計劃”的意思，但中文版翻譯成“趕往火星”，一個“趕”字已經突出了火星探索的必要和緊迫。現在我們知道，火星計劃對于個人探險精神、美國的移民主義以及全人類的商業、文化、社會等都有非常重要的意義，趕往火星已經迫在眉睫。
第二部分
說到這里你一定會問，既然趕往火星有這么多好處，那應該怎么去火星？接下來我們就進入第二部分，說說火星直擊計劃如何把人類送上火星。
要回答這個問題，首先需要知道前往火星最大的困難是什么。在一次載人航天任務中，航天器主要由兩個部分組成，一個是宇航員生活艙，另一個是返回地球飛行系統。由于地球與火星之間的距離最短時也有6000萬公里，是地球與月球距離的150倍，火星航天器要飛過去再飛回來的話，設計重量就不能少于140噸，其中有80噸燃料要用來返回地球，占總重量的57% 。這就是前往火星最大的困難：距離太遠，造成“燃料悖論”。也就是說，我們現有的航天器可裝載的燃料不足以往返火星，而擴大航天器、增加燃料又會增加重量，導致需要更多燃料。
針對這個悖論，充滿想象力的美國宇航局在1989年提出了一個載人火星探索計劃，稱為“90天報告”。這個計劃的核心理念是分段解決問題：在近地軌道建造大型空間站，并用它組裝大型星際飛船，這個飛船可以裝下足夠往返火星的燃料。聽上去很科幻，簡單說，就是在大氣層外的地球軌道上建一個空間站工廠，再把飛船和燃料分成一小塊一小塊零件，分別從地球發射到太空工廠中組裝起來，這樣星際飛船就節省了從地球表面發射到太空這段的燃料，從而克服燃料悖論。
那么這個方案可行嗎？作者引用了一個故事。說1845年，在大不列顛海軍的撐腰下，約翰·富蘭克林爵士指揮兩艘豪華探險船起航，要征服北極點，船上準備了山一樣高的食物和燃料，各種生活用品非常齊全，甚至包括紐扣打磨器，但是最終，這兩艘比大型星際飛船還豪華的探險船被困在了北極的冰面，兩年后，富蘭克林爵士與所有船員幾乎全部死于壞血癥。富蘭克林征服北極點失敗的原因在于，將所有的希望都寄托在昂貴的探險船和隨船食物，但是沒有好好利用北極當地的資源。
作者認為，和富蘭克林一樣，“90天報告”犯了兩個錯誤：也就是花費昂貴與不可操作。首先，“90天報告”的保守預算是4500億美元，這是什么概念呢？如果這是一個國家一年的 GDP，這個數字可以排進全球前三十名。世界上任何一個國家都無法為如此昂貴的載人航天計劃買單，包括美國。其次，“90天報告”過于復雜，無法操作。你看，要將星際飛船的零件送到近地軌道，需要發射幾十枚火箭，這大大增加了失敗的風險；并且，我們現有的航天技術根本無法完成在太空中組裝飛船這樣超高精度的施工。為了避免花費昂貴和不可操作的問題，作者提出了兩個全新的理念來解決火星任務中的燃料悖論：第一，利用火星資源，在火星本地生產返程燃料與后勤補給；第二，采用“合點航行”與“大氣捕獲”的飛行方式節省燃料。這兩點就是作者設計的火星直擊計劃的核心，也是我們前往火星的技術關鍵。
詳細解釋一下，先說第一點。作者認為，征服火星需要“像火星人一樣思考”，既然無法攜帶返回地球所需的燃料，我們就因地制宜，將返程燃料與后勤補給放在火星生產。我們知道，火星空氣中95%的成分是二氧化碳，可以說“像空氣一樣免費”，再加上少量的氫元素，就能生產發射火箭所需要的燃料。火星直擊計劃將宇航員生活艙與返回地球的飛行器分開發射，先把返程的飛行器提前發射到火星，其中包括一個小型燃料生產器與6噸氫原料，然后讓宇航員乘坐單獨的生活艙抵達火星，這樣他們就可以利用火星空氣中的二氧化碳與地球帶去的氫生產出甲烷與水，一部分水可以存儲起來，作為返回地球的后勤補給，另一部分水通過電解反應得到氧元素，這樣我們就在火星上生產出了由甲烷和氧組成的燃料。作者甚至還做了實驗，發現6噸氫足夠生產出返回地球所需要的80噸燃料。這樣，火星旅程就變得輕松多了。
火星直擊計劃的太空生活艙可以容納4名宇航員，裝載的物資可以供宇航員生活600天，最低設計重量降低到25噸，因此，作者認為最理想的方式就是用單個火箭一次性直接將宇航員生活艙發射出去，這樣減少了發射次數，不僅能大大節省成本，更重要的是降低發射失敗的風險。作者甚至確定了一款火箭，也就是將阿波羅11號飛船送上月球的重型火箭“土星五號”。這款火箭是世界上運載能力最強的火箭，只要稍微改良就能把28.6噸的有效載荷送到火星。也就是說，只需要兩枚土星五號火箭，就能把返回地球的飛行器和宇航員生活艙分別送往火星。
這是解決燃料悖論的第一點，利用火星資源在火星生產返程燃料與后勤補給。接著我們就來說這第二個核心，合點航行。什么是合點呢？我們知道，地球與火星都圍繞太陽公轉，當它們運行到太陽的兩邊并且三者位于同一條直線上時，地球與火星之間的距離最遠，我們叫它合點位置。合點航行方式的意思是，在地球與火星處于合點位置時發射航天器，航天器離開地球獲得額外的速度，隨后沿著一條橢圓形的軌道繞過太陽飛行到達火星，這也是最節省燃料的做法。采用合點航行的另一個好處是，當航天器到達火星軌道時，它與火星的相對速度比較慢，航天器以這個速度到達火星后，就可以利用與火星大氣摩擦產生的阻力來減速，從而進入火星軌道。這就是利用大氣捕獲的方式剎車，不需要使用額外的燃料，也就可以進一步節省燃料。
不過值得一提的是，任何事情都有兩面性，合點航行雖然可以最大程度節省燃料，但它是以犧牲時間為代價的。火星旅程中的合點航行往返各需要180天，宇航員還必須在火星上停留約500天。美國宇航局反對派人士認為，火星直擊計劃將宇航員暴露在宇宙中的時間太長，宇宙輻射與零重力環境會嚴重傷害宇航員的身體。針對這些反對意見，作者經過實驗發現，火星直擊任務中宇航員受到的宇宙輻射的量，只相當于美國海平面附近居民每年受到輻射量的三分之一。這里我們必須提到一個概念，“毒物興奮效應”，它是指當有毒物質在一定劑量以內時，反而對人體有好處。實際上，一定量的天然輻射對宇航員的健康是有利的。另一方面，零重力環境對宇航員身體的確會有危害，但作者認為只需要為宇航員生活艙提供人造重力就行。火星直擊計劃中的生活艙，依靠旋轉就能為宇航員提供重力環境。
現在我們清楚如何采用合點航行、大氣捕獲的模式飛行，也清楚將返程燃料放在火星當地生產的方式可以讓飛船輕裝上陣到達火星了。火星直擊計劃還有更重要的一個點，就是全都采用當時已有的科技與工藝，安全可靠，同時只需要 200~300億美元的合理預算，這個數字僅僅是傳統火星計劃的二十分之一，大概相當于淘寶雙十一購物節一天的銷售額。
第三部分
接下來，我們進入第三部分，說說到達火星后，如何利用火星本地資源建立基地，發展農業、工業、能源業等，并在開啟行星際貿易后，完成火星殖民化。
到達火星，只是火星直擊計劃的開始，真正的重頭戲是我們登陸火星后，如何將火星對人類的意義完全挖掘出來。要想在火星發展任何產業，我們都需要優先解決能源的問題。作者認為，在火星探索的早期階段，可以利用從地球運到火星的小型核反應堆提供能源，隨后就要發展以地熱發電為主、太陽能與風能為輔助的能源系統。地熱發電是指，利用火星地下深處的高熱液體產生的蒸汽帶動渦輪發電。根據英國科學家馬丁·福格的研究，在火星只需要挖掘幾千米深就能獲得地熱能源。解決能源問題后，火星工業將得到長足發展。
事實上，火星富含的金屬元素比地球更為豐富。跟地球一樣，火星也曾出現過劇烈的水文變化與火山作用，這使得多種元素集中起來形成高質量的礦脈。我們已經探明的火星稀有元素中有氘，是地球含量的5倍。氘元素是核聚變反應堆的關鍵燃料，價格堪比黃金。赤鐵礦則是火星最容易得到的工業金屬，這也是火星被稱為紅色星球的原因。這些元素，再加上豐富的碳、錳、磷等元素，我們可以輕松在火星生產各種鋼材。
有趣的是，火星直擊計劃將火星“燒玻璃”放在了第一順序，這是因為根據美國發射的海盜號火星探測器的測量，火星土壤中40%的成分為二氧化硅，這是玻璃的基本組成部分。作者認為，可以在火星利用熔沙技術生產玻璃或玻璃纖維，然后建造火星圓頂溫室，這種火星溫室能用來居住或種植農作物。
提到農業，作者認為這將是火星基地工作的重點。一方面，火星土壤層呈現松散和多孔的性質，非常適宜植物生長；另一方面，火星日照水平是地球的43% ，完全滿足植物光合作用的需求，并且火星的大氣密度也足夠保護地表植物。火星直擊計劃說，可以在火星地表建造許多個我們前面提到過的圓頂溫室，并往每個溫室里加入氮、氧、二氧化碳、水蒸氣組成的溫室氣體，這樣一個圓頂溫室就能提供約2000平方米的肥沃農田，由于二氧化碳含量更高，農作物產量也會大大提升。
再說到畜牧業，作者認為，山羊是火星畜牧業最適合的動物，它們什么都吃，繁殖快，能夠產奶，大小也比較適中，可以為火星基地提供肉食。不過去火星放羊可比在地球難很多，因為火星上引力更小，山羊能跳過3米高的籬笆。
最后，在火星基地完全建立，殖民化完成之時，我們就可以開展行星際貿易活動。作者認為，21世紀地球人口的增長會讓不動產的價格越來越貴，房價的飆升已經成為當代社會年輕人很重的負擔，一旦火星的地產開始出售，這一問題將得到很大緩解。在火星上，一個直徑為100米的圓頂覆蓋的土地，能容納20個家庭。作者預計，這樣一個圓頂的總值為100萬美元，可以說是物美價廉。另一方面，糧食、礦物和能源將是火星出口量最大的商品，這將解決地球糧食產量不足與能源枯竭的問題。不過，作者將目光放得更遠，行星際貿易不僅僅意味著火星與地球之間的商業，更意味著整個太陽系內的物資交換。
作者舉例，將火星與木星之間的主要小行星帶納入我們的視野范圍，根據他的研究，約有5000顆小行星富含高品質的礦物原料，其中包括高品質鎳、戰略金屬鈷和鉑等，而一顆直徑僅為1千米的小行星上所富含的鉑就價值1500億美元。另一方面，由于低重力環境的影響，將這些小行星礦石整體運回地球也相對容易，于是地球向火星提供科技產品、火星向小行星提供能源、小行星向地球提供礦產的三角行星際貿易便形成了。有一部非常精彩的科幻美劇叫《蒼穹浩瀚》，故事背景的宏大設定就是這樣的三角貿易時代。
說到這里我們知道了，載人火星計劃并不是為了創造人類航天史上一個干巴巴的記錄，火星有它的獨特性，它的地表形態、輻射情況、可用陽光、日夜溫差等都在人類的宜居范圍內，到達火星后我們可以發展農業、工業、能源業以及行星際商業，還會建立大型火星基地，一個全新的人類文明分支會在這里落地生根。
總結
說到這里，我們的火星旅程也差不多了，下面簡單總結一下這期音頻分享的內容。
首先，我們說到了載人火星計劃既重要也迫切。21世紀屬于火星，個人探險精神與科學技術會在火星計劃中互相促進，美國需要依靠登陸火星維持世界主導地位，并延續這個國家的開放性與先鋒性。一旦火星殖民完成，人類社會的商業將進入行星際時代，人類文化的多樣性也將得到延續，更重要的是，一個開放、先鋒的人類文明分支會在火星產生，我們與地球的關系也將重新被定義，火星將成為人類發展與經濟增長的強力發動機。
其次，我們說到了傳統的載人火星計劃，主要依靠在太空組裝大型星際飛船前往火星，又貴又不可操作，而火星直擊計劃利用合理的預算，采用將返程燃料放在火星生產的構想以及合點航行與大氣捕獲的飛行方式，從而克服燃料、補給、輻射危害等問題，極大降低了預算，讓我們可以輕裝上陣，前往火星。
最后，我們說到了在到達火星后，怎么建立火星基地：采用地熱提供能源，并利用火星豐富的資源生產玻璃纖維、塑料、金屬等，同時在圓頂溫室中發展農業與畜牧業，在完成火星殖民后，開展行星際貿易。
從本書第一版面世到現在，已經過去二十多年，科技發展日新月異，許多技術當年還只是作者的想象，如今都已經成熟并應用于現實了，例如可重復使用的火箭、核動力推進等。但技術的進步并沒有使我們離火星更近一步，因為一方面科技進步更新了我們對火星的認識，比如最新的光譜分析顯示，火星液態水含有對人體劇毒的高氯酸鹽，所以火星并不像我們以為的那樣友好；另一方面，對火星計劃的爭論從未停止，地球主義者認為地球已經很完美，我們應該把資源用來解決地球饑荒、戰爭、環境保護等問題，根本不必浪費資金前往火星。另外還有人擔心火星計劃會加速地球的滅亡，認為移民火星是拋棄地球的不負責做法。前往火星不僅僅是勇氣、決心與科技的問題，我們
