美国国家航空航天局(NASA)1966年的火星任务计划

有人驾驶的太空飞行计划通常强调交通运输，即从地球到某个目的地再回来的旅行方法。除了着陆和升空外，宇航员在目标世界表面的活动通常很少受到关注。考虑到在两个世界之间移动人类所固有的许多挑战，这在现阶段的航天发展阶段并不太令人惊讶。

更令人惊讶的是，早在1965年，NASA的马歇尔太空飞行中心(MSFC)就将注意力转向了宇航员-科学家可能在火星上执行的科学任务。那一年，作为正在进行的一系列火星任务研究的一部分，该研究始于1962年的帝国载人火星/金星飞越/轨道器研究，总部位于阿拉巴马州亨茨维尔的NASA中心与Avco/RAD签订了合同，研究载人火星表面的操作。这确实是有远见的想法；当MSFC与Avco/RAD配对时，随着约翰·F·肯尼迪(John F.Kennedy)总统十年末载人登月的最后期限即将到来，美国国家航空航天局(NASA)几乎还没有开始认真关注阿波罗宇航员将在月球上执行的科学任务。

保罗·斯旺(Paul Swan)曾在1964年与康奈尔大学(Cornell)天文学家卡尔·萨根(Carl Sagan)合作，为自动旅行者号火星着陆器确定着陆点，他是Avco/RAD的研究负责人。在1966年3月举行的踏石火星会议(20世纪80年代之前的最后一次以火星为中心的大型工程会议)上发表的一篇总结论文中，斯旺和他的三位Avco/RAD同事解释说，了解[火星上的人类探险者]的可能性和局限性应该有助于我们着眼于更远的地平线，并引导我们踏上必须谈判的早期踏脚石的脚步。

第一个成功的机器人火星探测器，261公斤的Mariner IV，于1965年7月15日飞越火星，当时Avco/RAD的工程师正在进行他们的研究，他们在报告中引用了他们的发现。例如，他们指出，水手4号拍摄了重叠的陨石坑的图像(意味着没有侵蚀，因此几乎没有水)，也没有发现火星磁层的证据(这意味着太阳耀斑辐射将不受控制地到达火星表面)。然而，总的来说，Avco/RAD团队坚持了水手4号之前对火星的乐观看法，这是基于一个世纪的地面望远镜观测得出的。例如，他们的火星是由一个由细长的线性运河组成的神秘网络蚀刻的，尽管在水手4号的图像中没有出现这样的特征。

尽管存在这个明显的缺陷，但Avco/RAD的规划方法在今天仍然适用。事实上，可以说，通过计划对虚构的火星进行科学探索，斯旺和他的同事们证明了他们的方法可以应用于人类可能选择探索的任何世界。

斯旺的团队承认，将人送上火星的决定可能是出于国际竞争、国内政治考虑或刺激经济的原因，但他们急忙补充说，这些理由不应该被允许影响载人火星探测期间将要进行的科学活动。“。他们认为，科学将决定火星航天器、太空服和月球车的工程要求，而不是政治指令。虽然这种方法必然会简单化，但它把不确定性放在了一边。

Avco/RAD团队确定了第一次载人火星任务的三个潜在的主要科学目标：外部生物学、行星学和开发。他们写道，第一个是“基本的和令人信服的”，实际上可能会为载人火星任务提供一个独立存在的理由(也就是说，在缺乏潜在的政治和经济动机的情况下)。行星学将把重点放在火星作为行星的历史和现状上。开发将需要在后续的长期载人火星任务之前勘探资源和确定危险。

该团队在Steps Stones会议上表示，火星将不会被探索，因为地球已经被探索了。在地球上，科学家通常可以访问现场，收集数据，返回实验室研究数据并提出新的问题，然后返回现场进行新的调查。因为与探索火星相比，探索地球的成本很小，换言之，陆地探索可以是迭代的和无限制的。

另一方面，火星宇航员-科学家将需要在他们的着陆点尽快收集尽可能多的数据，因为大量有趣的潜在着陆点，以及到达火星的难度和成本，使得提前返回任何被访问的地点的可能性都不大。为了适应这一根本限制，Avco/RAD号召每一次载人火星任务进行一系列实验，这些实验比喻为在着陆点上撒下一张宽广的细网，目的是在大的动态范围内捕获不同数量的不同类型的信息。

研究小组指出，可能存在的完全出乎意料的现象将使数据收集变得复杂。为了说明这一点，斯旺和他的同事们请他们的听众考虑火星宇航员兼科学家的困境，他最终设法到达地球，但完全没有预料到磁场大于几伽马，因此也没有预料到磁层、范艾伦带……以及与地球磁偶极子的存在有关的所有其他现象。

Avco/RAD团队随后像剥洋葱一样剥开了火星；也就是说，他们将火星及其周围划分为具有科学价值的同心球体。最里面的是内层，即被其岩石圈(地壳，包括固体表面)包围的行星的熔融球体。其次是水圈，包括岩石圈内和岩石圈上、大气层和生物圈内的所有水。生物圈将由火星的生物组成，研究小组解释说，这些生物可能与岩石圈、水圈和大气层有着密切的关系。

从行星中心出来的大气层将包括太阳风中冲击波之外的所有中性气体分子，而电层/磁层将包括电离层、辐射带和任何可能逃过水手4号磁强计的磁场。(注1)大气层将包括太阳风中冲击波的所有中性气体分子，而电层/磁层将包括电离层、辐射带和任何可能逃过水手4号磁强计的磁场。最后，也是距离火星中心最远的是重力层，它将包含卫星火卫一和土卫二，以及可能环绕火星的任何尘埃带。Avco/RAD还将太阳物理学列为载人火星任务的科学兴趣领域；也就是说，在将该行星作为行动基地时观察到的任何太阳现象。

斯旺的团队提出了两个载人火星任务方案，旨在探索这些科学兴趣领域。第一次是最低限度的任务，将在1976年至1986年之间进行，将使用阿波罗级别(即1970年)的技术。第二项任务是延长任务，暂定在1982-1986年间执行，这将需要超越阿波罗技术水平的技术。

四名执行最小任务的地面机组人员将在距离火星赤道30°以内的着陆点进行为期21天的探索，期间该地点的生物圈正处于增长的顶峰。当四名地面宇航员兼科学家尽最大努力跟上广泛数据收集的非常活跃的时间表时，两名男子将在任务母舰上绕火星飞行。在其他任务中，他们将部署自动探测器来调查火星卫星和任何尘埃带。在火星附近执行最小任务的时间总共为40天。

Avco/RAD团队预计，除了火星轨道指挥舱外，最小的任务还需要三个着陆舱。这些将通过共同设计的着陆器到达着陆点。这些模块将包括一个鼓形、9500磅的主掩体，四名地面宇航员将在那里生活和工作；一个两人重、8700磅、20英尺长的加压Molab月球车，能够在21天的地面任务中进行三次5天500英里的地面穿越；以及一个1550磅的车库模块，用于存储Molab、2050磅的Molab消耗品和3000磅的科学设备。

在整个逗留期间，地面机组人员将与所有火星生命保持隔离状态。每次火星行走后，身穿太空服的宇航员和科学家都会进行净化，他们收集的样本将保持隔离状态，直到它们被送回地球并被证明是安全的。Avco/RAD团队写道，这种程度的谨慎是必要的，因为在三周的地表停留期间，可能不可能最终确定火星生命的致病性程度。例如，如果地面工作人员接触到一种致命的火星细菌，在他们重新加入轨道上的同事之前，它的影响可能没有时间变得显而易见。轨道上的宇航员可能会暴露，然后感染可能会传播到地球。

Avco/RAD的第二种类型的载人火星任务，延长任务，将看到42人占据三个14人的地面基地300天，而4人留在轨道上的指挥舱上。由于地面工作人员将在火星上停留300天，他们可能会见证基地任何本地生物的季节性生命周期的很大一部分。虽然地面探险家的小队在他们基地周围的地区巡逻，但火星轨道上的四名宇航员兼科学家将与火卫一和迪莫斯会合并进行探索。

斯旺的团队解释说，这三个基地的位置将提供进入所有感兴趣的主要特征的通道。北部锡尔提斯主要基地将支持Molab穿越利比亚和Aeria(两个北部沙漠地区)，而希腊的一个基地(异常明亮且颜色有些反常的沙漠地区)将能够进入泽亚拉库斯，那里有五条运河相交。第三个基地将建在南极白雪皑皑的米切尔山脉中。(Zea Lacus的运河和米切尔山脉都不存在。)。

至少有6个共同设计的着陆器将向每个基地交付8个模块，总共有18个着陆器和24个模块在火星上。作为冗余，两个80千瓦的核反应堆将为每个基地供电，两个具有再生生命支持的主掩体将为每个基地机组人员提供住房。每个基地都有两个储藏和维护掩体，可以容纳两艘重达22,000磅的双人摩拉布，能够穿越30天，行程1500英里，以及总共34,000磅的摩拉布消耗品和科学设备。

载人火星表面操作，保罗·R·斯旺，雷蒙德·B·汉塞尔曼，理查德·L·瑞安和理查德·F·苏特，在AIAA/AAS Steps Stones to Mars会议上提交的一卷技术论文，第69-86页；1966年3月28日至30日在马里兰州巴尔的摩提交的论文。