《火星救援》中照亮未来的10大高科技项目

超音速

　　11月25日，《火星救援》正式在国内上映。这部归属硬科幻的《火星救援》影片其实是以科学为基石，模拟2030年NASA的太空旅行。虽然安迪.威尔笔下描写的是二十年后的世界，现在的美国NASA其实正在研发许多小说中出现的科技设备。毫无疑问，科幻作品与现实世界的时差已越来越小。下面介绍10项NASA正在研发的高科技项目。

　　1、火星居住舱(Habitat)

　　《火星救援》的故事发生在2030年，那时火星上已经建成了载人火星基地，并且已经执行了3次战神任务。战神4号的火星着陆器已经发射到了火星上。居住舱是马克沃特尼及其他队员在火星上的家，是小说中主要场景之一。类似空间站的居住舱备有完备的载人环境，航天员在舱內仅需穿着舱内服。

　　▼ 电影中的火星基地居住舱


　　在真实世界中，航天员在林頓詹森太空中心(HERA)进行地外星球生存模拟训练，为长期任务做训练。HERA  拥有完全独立的生存系统，这个两层的居住舱內有起居空间、工作站及模拟气闸舱。HERA 提供有用的生命维持系统数据，帮助  NASA了解该如何改进相关的深空居住系统设计。

　　▼ 林頓詹森太空中心隶属NASA，位于休士頓。中心內的 HERA 简单说就是一个模拟居住舱，类似我国的月宫一号。


　　2、作物农场(Plant Farm)

　　农业是太空科学重要的研究项目。电影中马克沃特尼把部分居住舱改造成可自给自足受控生态的小农场，通过吃土豆维持了几百天的生命，从而获得了被队友营救的时间。

　　▼ 火星有史以来第一个太空农村，好温馨的画面


　　在今天的国际空间站上，航天员拥有丰富的太空补给;但在六千五百万公里外的火星，航天员就像马克沃特尼一样必须自给自足，因为粮食补给最快也要九个月后，靠化学推进剂前往火星最快也要270多天的行程。在近地球的轨道上，生菜是最容易生长的农作物。在国际空间站  ISS 上，蔬菜属于极具开发潛力的新鲜食材，只要使用有色光源控制，蔬菜就会地生长，供航天员食用。目前， NASA  正积极开拓可种植的作物种类，以确保未来登陆地外星球的航天员能夠满足营养需求。

　　▼航天员正在国际空间站的实验室中收成生菜，特殊红光是专门栽种太空生菜的必需品


　　3、再生水回收系统(Water Recovery System)

　　火星沒有淡水湖泊，航天员需要自行制造水。聪明的马克沃特尼不曾浪费一滴水资源，在沒有任何外來救助的情況下，他利用着陆器中的推进剂研发了一套水供应系统，尽可能地收集所有水以求自己生存和种植土豆用。


　　水资源实在太珍贵。在国际空间站上，同样沒有一滴汗水、眼泪或尿液会被浪费。通过这套再生系统，舱內的水份会不断被过滤、淨化。有位航天员这么说过：「今日的咖啡來自昨天的咖啡。」

　　4、制氧系统(Oxygen Generation)

　　除了住所、食物和水，在火星上生存还有一项重要的条件：氧气。火星上沒有氧气，马克沃特尼无法随意進行舱外活动，他必须随身携带氧气供应设备，比如穿着舱外服或者躲在火星车内。

　　国际空间站也备有相同的制氧系統，以电解方式分离水分子中的氧气和氢气。氧气就这么被释放到空气中，至于氢气则进入制水循环系统。目前 NASA  正致力于將更多空气中的残余物质(副产品)转化为可用的氧气。

　　▼ 由俄罗斯设计的制氧机(source via)


　　5、火星舱外服(Mars Spacesuit)

　　火星自然环境对人类的生存并不利，那里气体稀薄并且极其寒冷。航天员若要在火星上进行各种采样探测任务，必须穿着火星舱外服。舱外服也是电影中马特沃特尼的必备之物，相当有创意的马特沃特尼把它的功能发挥的淋漓尽致，令人拍案叫绝。

　　▼ 《火星救援》中的舱外服，可以在左手臂上看到生命指数显示屏。


　　NASA  也正在努力研发适用于火星的舱外服，设计师需要详细研究火星的各种极端环境，以便制作出配合任务需要的舱外服。火星上那些大量的火星尘埃也是漫遊火星的一大难题，过量的尘土会严重影响航天员和火星车以及通信能源系统的工作。因此，NASA设计出一套特殊裝置，让航天员可以从背部脱掉舱外服进入居住舱，把舱外服留在外部，以防火星尘埃污染居住舱。

　　▼ NASA 最新的火星舱外服 Z-2


　　6、火星探测车(Rover)

　　火星探测车是电影中马克沃特尼的救生工具，就依靠它找到了两个无人漫游车，进行改造恢复了跟地球的通信。此外也是乘坐它到达了战神4号的着陆器附近，并进行了大量的改造。

　　▼电影中的火星探测车，有六个大大的轮子，可以侧开车门


　　航天员登陆火星后，就必須在那里待上整整一年，因为地火的相对运动，一年后的距离最短才是返程的最佳时机。因此，航天员將会有大量時间来进行各种地质考察、原位资源利用等科学考察活动。NASA通过研发火星车来增加航天员的活动范围。影片中的火星车被设计的相当強大，能夠翻山越谷，顽强的足以应付的火星的恶劣环境，以及各种突发狀況，简直就是个移动的居住舱。

　　▼ NASA 目前仍致力打造能适应各种地面状况的火星探测车，Multi-Mission Space Exploration  Vehicle(MMSEV)


　　7、离子推進器(Ion Propulsion)

　　在《火星救援》中，战神三号计划的成员所搭乘的赫密斯号，就是利用离子推进器(核推进)來完成地火转移运输。核推进比冲高，可以节省大量的携带推进剂，是当前正在研发的载人深空探索关键技术之一。

　　▼ NASA 目前正持续研究的离子推进器


　　美国NASA在2007年发射的Dawn Spacecraft，便是使用这项技术打破其他探测器的记录，首次光临兩颗行星(谷神星以及灶神星)。

　　8、太阳电池板(Solar Panels)

　　火星上沒有石油，沒有风，太阳能因此在太空任务中扮演极重要的能源系统角色。庞大的赫密斯号就是运用太阳能电池板作为能量，马克沃特尼也多次使用太阳能电池板给火星车充电进行长途旅行。

　　国际空间站拥有足以让40个家庭使用的太阳能电池板。其实国际空间站并不需要这么多的电力，但富裕的电能可以多做试验，并且减轻任务失败带来的危害和风险。NASA  现阶段的猎户座载人飞船，采用了柔性的太阳电池帆板。

　　▼ ISS 的太阳能面板相當稳定，从2000年首批航天员被送上ISS起，它就一直供电到现在


　　9、放射性同位素电源(Radioisotope Thermoelectric Generators，RTG)

　　四十年來，NASA 已经使用「放射性同位素电源」支援超过20 次的太空任务，包括火星探测车好奇号，以及即將发射的无人火星探测器 Mars  2020，都是使用这项新技术。

　　▼ 大致呈圆筒状的 RTG


　　可以把「放射性同位素电源」视为一种太空电池。同位素是在衰变过程会产生大量的热能，RTG  便將这些热能转换成电能，它会发射极强的辐射射线。因此影片中的火星航天员们把他们埋在离居住舱很远的火星土里。

　　现实中的RTG 以多层坚固的高科技材质包裝，即便发生灾难性事故也不会产生泄露。RTG 以放射 α 射线为主，α  射线仅能在空气中移动数英寸，并且无法穿透衣物或皮肤。除非射线被分化成更细小的颗粒或蒸发，被人体吸入后才会产生影响。RTG  中的同位素通常被制成陶瓷顆粒状，所以一般來说不太可能被人体摄入。

　　▼ RTG 试验


　　科学家正在竭力分析火星上的辐照环境，以便为航天员设计有效的防护系统。为能在火星上生存，未来的火星航天员们需要绝对可靠又耐用的电源。

　　10、人工重力(Artifical Gravity)

　　载人登陆火星的过程中，航天员处于长期失重飞行的状况，对航天员的生命形成威胁。在影片的赫密斯号就拥有一个超大的轮状物体，不停的旋转，它就是人工重力生成装置，通过离心机的原理可以产生1/3g的重力，从而减缓失重对航天员身体健康的影响。


　　实际上NASA的科学家们也正在加紧研究人工重力的生成装置，以及通过在国际空间站上的任务，来研究长期飞行对航天员的生理、心理影响以及医监医保和健康监测方面的有效措施。