据《印度防务评论》7月5日报道，一条曾被忽视的小行星轨道，揭示出一条前往火星的“捷径”，有望大幅缩短任务时间。但代价是，所需推进能力远超现有化学火箭所能提供的水平。

根据《宇航学报》刊载的一项研究，航天器如果在2031年4月20日从地球出发，56天后即可减速进入火星轨道。机组人员在火星表面停留5周后再次点火返航，回程需135天。这样算下来，从发射到返回海面着陆，整个往返任务共计 226天。这一时间大约只有现有火星任务方案的三分之一。按照当前设计，化学推进系统仅单程飞往火星通常就需要7到9个月。

研究中提到的226天方案，以及同文描述的更快的153天方案，并不是建立在新型发动机或某种“新物理”之上。它们来自旧轨道数据中隐藏的一条几何捷径。这条路径只有到2031年才具备利用条件，而且前提是推进能力必须远远超过化学火箭。

这项研究的作者是巴西北弗鲁米嫩塞州立大学天体物理学家马塞洛·德奥利维拉·索萨。他并非从零开始建模，而是采用了小行星2001 CA21在2015年的初步轨道数据作为参考。那是一条拉长、低倾角的椭圆轨道，恰好穿过地球和火星的轨道路径。

后来，对这颗小行星的进一步观测修正了其轨道，结果与早期数据有所不同。但这些较早、较粗略的数据，仍提供了一个有用模板：一条固定的几何规则，可用来检验极端转移轨道是否可行。

德奥利维拉·索萨设定了一个严格条件：任何候选的地球—火星轨道，其轨道平面都必须与这颗小行星旧轨道平面的夹角控制在5度以内。随后，他利用拉姆伯特求解器——一种用于计算空间两点之间可能飞行路径的标准轨道动力学工具——对2027年、2029年和2031年三个即将到来的火星冲日窗口进行了计算。

2027年和2029年的窗口都未能满足要求。要么所需能量过高，要么轨道几何条件无法闭合成一条可行的返程路径。 2031年的窗口则表现不同，得出了两种完整的往返设计，而且两种方案都在4月的同一天从地球出发。

第一种方案被称为“极端方案”，包括33天去程、30天火星停留和90天返程，总计153天。第二种则是“可行的快速方案”，包括56天去程、35天停留和135天返程，总计226天。两种方案都满足以那条旧小行星轨道平面为基准的5度限制；即便模型纳入早期小行星观测常见的位置不确定性，226天方案依然有效。

支撑这些结果的关键指标，是“超曲线剩余速度”，也就是航天器摆脱地球引力后仍保有的剩余速度。对56天方案来说，这一数值约为每秒16.9公里要达到这一速度，所需能量大约是常规火星任务的15倍。它还相当于美国航天局发射“新视野”号冥王星探测器时离轨能量的约1.5倍，而“新视野”号的质量只有大约半吨。

如果是载人火星飞船，质量将远高于“新视野”号。它还必须携带生命保障系统、居住舱以及返程所需的上升飞行器，这些都会增加质量，并进一步推高能量需求。33天方案则更加极端。它所需能量约为标准火星任务的40倍，出发速度达到每秒27.5公里，这一数值已经超过任何已建成化学火箭级段的理论极限。

抵达条件同样严苛。56天方案抵达火星时的速度为每秒16.6公里，返回地球再入大气层时速度为每秒15.1公里。这样的速度已逼近仍在研发中的隔热材料能力上限，因为其加热程度远高于从月球返回地球时的情况。这项研究明确指出，化学推进在这里已经走到尽头。若要达到这些轨道所要求的速度，研究指向的是核热推进，即利用核反应堆堆芯加热液氢，再将生成气体喷出的一种发动机设计，其效率大约是传统化学发动机的2到3倍。

欧洲已经在推进相关工作。2023年，法国研究机构原子能和替代能源委员会启动了一项名为“Alumni”的可行性研究，围绕核热发动机构建，并与阿丽亚娜集团和法马通合作，代表欧洲航天局开展。其明确目标是缩短前往火星的飞行时间，并减少宇航员在长途飞行中面临的辐射暴露。

法国原子能和替代能源委员会另一项并行项目“RocketRoll”则研究核电推进。这一路线更适合远离太阳、无法依靠太阳能电池板提供足够电力的任务。项目经理格扎维埃·阿韦尔蒂表示，该机构自20世纪80年代起就一直从事航天核系统研究，目前它也是欧洲唯一同时推进核热和核电两条路线的研究机构。

这两个项目都将纳入一份技术路线图，目标是在2035年前后推出验证机。这个时间点与轨道研究中提到的2031年窗口相距不远，因此具有现实关联。最终这一时间表能否兑现，将影响这些快速轨道方案未来究竟能在多大程度上投入使用。

这篇发表于《宇航学报》的论文并未尝试设计具体飞船本体。文中没有质量预算，没有大气再入剖面，也没有热防护计算。 它所提供的，是这样一种证据：在真实轨道数据中，确实存在一条快速、可闭合的火星往返轨道，而不只是理论上的最优情形；同时，226天方案即便建立在存在不确定性的那条小行星早期轨道之上，依然有效。

作者：伊芙琳·哈特