飞向火星，只需三个月？星舰改写星际旅行

想在三个月内飞到火星，漫步红色星球？这不再是科幻梦，而是最新发表在《科学报告》上的一篇重磅论文带来的真实可能。这篇《使用SpaceX星舰实现载人火星任务三个月运输时间的可行性研究》（DOI: s41598-025-00565-7）运用严谨计算，展示了如何用现有化学推进技术，通过SpaceX星舰的轨道加油和气动捕获，将火星往返时间缩短至90天，颠覆了“核推进才是未来”的传统观念。这不仅是一幅星际旅行的激动蓝图，更是我们迈向“火星居民”的科学引路灯！

发表背景：2025年5月22日，这篇论文刊登于《科学报告》（Scientific Reports），Scientific Reports隶属Springer Nature旗下的Nature Portfolio，与顶级期刊《自然》（Nature，2023年影响因子50.5）同门，但定位更亲民。作为开放获取的“巨型期刊”（2023年影响因子3.8），《科学报告》像学术界的“大超市”，聚焦科学方法的严谨性，覆盖多学科研究，而非《自然》那样的突破性大发现。这篇论文正值IFT-9前夕、星舰项目突飞猛进、NASA火星任务热议的浪潮，针对6-9个月长运输时间带来的辐射、骨骼健康和心理风险，提出了90天运输的实用方案，完美契合《科学报告》推动跨学科交流的平台特色。

作者信息：该论文由杰克·金登（Jack Kingdon）著述，目前公开信息未详细披露其背景，但作为《科学报告》的通讯作者，他在航天工程和行星科学领域展现了深厚专业能力。金登可能与SpaceX或NASA的合作研究有关，文中大量引用SpaceX公开数据（如猛禽引擎比冲、星舰结构参数），并结合轨迹优化、热力学分析和气动模拟，显示出跨学科的硬核实力。他的工作为星舰的火星任务设计提供了理论支撑，堪称航天领域的“科学探路者”。

文章价值：这篇论文的杀手锏是用数据证明，无需核推进，星舰的化学推进就能实现90天火星运输！金登详尽推演了“轨迹能量图”优化、推进剂低温储存（防止蒸发）和气动捕获（安全“刹车”进入火星轨道），还量化了健康红利——辐射诱导癌症风险从4%降至1.5%，骨量损失减少数百克，助力宇航员在火星表面大展拳脚！并且没回避挑战：高发射频率、火星原位资源利用的工程难题，以及星舰热防护系统的验证需求，为未来技术突破指明方向。《科学报告》的开放获取和高可见性（每年1.35亿次下载）让这篇论文火速传遍航天爱好者和专业圈，尽管其声誉因论文质量参差不齐略有争议，但快速发表和广泛覆盖的平台价值，使金登的研究成为火星任务讨论的“催化剂”。

无论你是太空梦的追随者还是科学探秘的粉丝，这篇由杰克·金登献上的论文都像一艘引路星舰，带你窥见人类如何用今日科技叩响火星之门，离星际梦想仅一步之遥！三体引力波精译报告全文如下▼以飨读友。

使用SpaceX星舰实现载人火星任务三个月运输时间的可行性研究

摘要

载人火星任务面临的一个关键挑战是使用低能量轨迹所需的6-9个月运输时间。这种长时间的太空旅行不仅增加了任务设计的复杂性，还对乘员健康、辐射暴露、补给物流以及心理因素构成显著风险。本研究提出了一种利用现有化学推进技术，具体为SpaceX星舰，实现90天地球至火星快速运输的可行方案。通过优化轨迹设计、轨道加油和气动捕获，我们展示了如何在不依赖核热推进或核电推进的情况下实现这一目标。本文详细描述了任务架构、轨迹计算、气动捕获模拟以及快速运输对乘员健康和任务可行性的影响。我们的结果表明，90天运输时间在技术上是可行的，能够显著降低辐射暴露和微重力相关健康风险，同时减少长时间太空飞行的后勤负担。然而，高发射频率、原位资源利用以及气动热性能仍需进一步验证。

引言

载人火星任务的一个主要挑战是使用低能量轨迹所需的6-9个月运输时间 [1, 2]。如此长的持续时间不仅复杂化了任务设计和技术要求，还对乘员生存能力和任务总体成功率提出了疑问。研究 [3, 4] 反复强调，行星际空间的长时间暴露以多种方式增加任务风险：乘员健康、辐射暴露、补给物流和心理因素。特别是，骨骼健康风险 [5] 和癌症风险 [4] 与太空停留时间大致呈线性关系。因此，缩短火星运输时间已成为优先事项，许多研究提出了先进的推进方案，例如高比冲的VASIMR电推引擎 [6]、核热推进 [7] 和激光推进 [8]。同时，NASA的“火星之旅”等政策框架强调了更安全、更快速的人类任务需求 [9]。某些NASA报告 [10] 甚至声称核动力推进系统是人类火星任务的唯一主要候选方案。本研究挑战了这一普遍假设，即必须使用核热或核电推进等先进技术来实现快速运输。我们证明，通过现有的化学推进技术，90天运输时间是可行的，为技术成熟度较低且需要复杂监管审批的核推进方案提供了近期的、实际的替代方案 [11]。

任务概述

根据SpaceX星舰火星计划 [12]，任务包括四艘货运星舰和两艘载人星舰。假设第二代（Block 2）星舰能够将100吨送入低地球轨道，并具有1500吨的推进剂容量，载人星舰在低地球轨道需要15次加油。货运星舰将采用更长的低能量轨迹，每艘需要4次低地球轨道加油。任务涉及约45次星舰超重型发射（见图1），假设每年1000次发射的推测频率 [14]，可在2-3周内完成。若SpaceX无法超越当前猎鹰9号的发射频率（2024年11月达到每月15次发射），则需2-3个月。

▲图1：2033年90天运输架构的星舰任务。每一步的ΔV（速度增量）成本标注在箭头旁。

到达火星后，每艘星舰将利用当地二氧化碳和水冰，通过电解槽和萨巴蒂尔原位资源利用反应器 [12, 15] 生产1500吨推进剂。宇航员将在火星表面进行探索和科学实验。在返回窗口临近时，一艘载人星舰和3-4艘货运星舰将进行加油。所有飞船将发射进入低火星轨道，货运星舰将其大部分推进剂转移至载人星舰，直至其完全加满。随后，货运星舰返回火星表面，载人星舰则启程返回地球。另一艘载人星舰可重复此流程。

轨迹设计