《火星救援》中，真实的NASA科技

《火星救援》中,真实的NASA科技

　　一直以来，火星都在人类的想象中占据着重要位置。古人讶异于它的红色，以及年复一年循着周期跌宕起伏的亮度。早期的望远镜观测让一些人猜想这颗星球被运河所覆盖，而这些运河则是火星居民用于交通和贸易的通道。在《世界大战》一书中，作者H.G.威尔斯设定了一个企图征服地球的火星文明。在1938年，奥森・威尔士将威尔斯的小说改编为广播剧，并惊吓到了一群以为自己正在听真实新闻的听众。

　　相较而言，火星和人类之间的真实故事就没有那么浪漫，但其迷人之处并不减损分毫。望远镜的观测将天上的明亮红点变成了模糊而斑驳的碟形，使人们产生了火星上有运河存在的白日幻想。就在50年前，一架经过火星的航天器拍下了它的第一张照片，显示火星拥有模糊的大气层。现在，经过数十年的火星探索，人们发现火星曾经存在过开放水域，这一生命存在的基本要素。

　　即使在互联网时代，人们对于火星的痴迷也并未消退。一个热爱写作本身，并乐于把自己的科幻小说发上博客的前程序员安迪・威尔（Andy？ Weir），将一位NASA宇航员搁浅在火星的故事写成了连载。这个故事大受欢迎，最终，安迪・威尔将它改编为一部成功的小说――《火星救援》，其同名电影也上映了。

　　《火星救援》把关于火星的想象和事实结合在了一起，将故事建立在NASA和其他组织为探索火星所做的共同努力上，并把时间推移至2030年。那时，NASA的宇航员会定期登上火星，并在火星表面上生活一段时间，进行探索工作。尽管小说的故事发生在20年后，但NASA实际上已经拥有了电影中出现的许多技术。

　　居住舱

　　在火星上，沃特尼花了大量的时间待在居住舱里，这是他远离家园时的家。未来登陆火星的宇航员也将需要这样的一个家，要不然，宇航员们就得穿着太空服、躺在尘土里度过他们的火星时间。

　　NASA的人类探索研究模拟器是一个模拟外太空居住舱的独立空间。这个两层楼的空间由生活区、工作区、卫生舱和一个模拟气闸组成。在其中，测试对象们需要执行操作任务，完成负载目标，并共同生存14天，在孤立环境中模拟未来的任务。宇航员近期也在利用这一设施模拟国际空间站的任务。这些模拟提供了人为因素、行为健康以及处理应对方面的宝贵数据，有利于加深NASA对未来如何执行外太空探索任务的理解。

　　太空农场

　　目前，国际空间站的宇航员可以从货物补给飞船获得足够的食物，有些飞船还是商业公司提供的。但在火星，人们无法依靠地球补给获得食物，即使是用最快的方式运送，也要花上至少9个月的时间。如果人们想要在火星上生存，他们就需要持续的食物来源。因此，他们将需要自己来种植作物。

　　在《火星救援》中，沃特尼将他的居住舱变成了一个自给自足的农场，而土豆则成为了火星上的第一项主要农产品。而现在，在地球的近地轨道附近，生菜是最为充足的作物。在国际空间站有一套可应用的新鲜食品生产系统：“Veggie”。使用红、蓝和绿色光，Veggie项目能使植物长在“枕头”上――含有介质和肥料，表层能进行毛细作用的小袋子，并能被宇航员收获。在2014年，宇航员通过这个系统成功种植了“Outredgeous”红色长叶莴苣，并在最近第一次品尝了这种宇宙蔬菜。这是太空种植上重大的一步，同时，NASA也希望进一步扩展作物的数量和种类，以满足未来登陆火星的宇航员的营养需求。

　　水回收

　　火星表层上没有任何湖泊、河水或者海洋，如果从地球上运水过去则要花上9个月以上的时间。火星上的宇航员必须创建出自己的供水系统。因为战神3号上的水回收装置，宇宙飞船上的全体成员在火星上没有浪费一滴水，而沃特尼则需要凭借自己的聪明才智，来保证自己在这颗红色的星球上不至脱水，并且生存下来。

　　在国际空间站上，没有一滴汗水、眼泪甚至尿液会被浪费。环境控制和维生系统会回收并循环使用从各种地方采集来的水：尿液、洗手水、口腔清洁时使用的水等等。通过水回收系统，水被回收、过滤，并重新被投入使用。一个宇航员曾这么说过：“昨天的咖啡就是今天的咖啡。”

　　在太空中，液体的确会造成一些棘手的问题。水回收系统等相关系统必须考虑到，在微重力空间中液体的表现是非常不同的。比如，水回收系统处理尿液时必须使用离心机来进行蒸馏，因为在太空中，液体和气体并不会像在地球上那样分离。

　　NASA没有停止过研发水回收新技术的脚步。目前，有研究正在试图提升一次性多用过滤网（用于过滤无机污染物，以及不挥发的有机污染物）的性能，使之成为水回收系统中更具永久性的部件。卤水回收过程则会从尿液蒸馏的“底料”中回收每一滴水。在未来的探索任务中，宇航员对来自地球的水和零部件补给的依赖将会减少。

　　这项科技也被引进给了地球上的一些偏远地区，或者遭受严重自然灾害的地区，来为他们提供清洁的饮水。

　　氧气生成

　　水、食物、庇护所：它们是在地球生存的三项基本要素。然而，还有一个第四要素往往被我们忽视，因为在地球上，这种要素总是可以免费获取――那就是氧气。在火星上，沃特尼可没法跑出门外，呼吸一口新鲜空气。要想活下来，他无论去哪儿都必须随身携带自己的氧气补给。但首先，他得制造出自己的补给。在他的居住舱中，他用的是“氧合机”――一种用来自火星升空载具的燃料制造机富集的二氧化碳来制造氧气的工具。

　　在国际空间站，宇航员们拥有氧气生成系统，它对空间站内的空气进行再处理，高效、可持续地为宇航员们不间断提供可呼吸的空气。这种装置通过电解过程，将水分子中的氢原子和氧原子分离。其中，氧气被释放到空气中，而氢气则会被丢弃到宇宙中，或者被送入萨巴捷系统――一种从空间站大气的副产品中提取水的系统。 　　火星宇航服

　　火星表面对于人类来说可并不怎么适宜居住。那里大气温度非常低，也几乎没有可以呼吸的空气。在居住舱外的火星表面采集样本、维护设施时，宇航员要想活下来，宇航服是必不可少的。

　　在他度过的那些火星日中，马克・沃特尼经常穿着宇航服工作，他最后还需要在火星上长途旅行。因此他的宇航服应当是灵活、舒适而可靠的。

　　现在，NASA正在研究可用于火星探索的宇航服技术。从穿越火星地貌到采集岩石样本，设计工程师需要考虑到宇航员在火星上所需要执行的一切任务。

　　Z-2和Prototype？eXploration宇航服是NASA设计的新型宇航服样本，它们运用了新技术解决了一些独特的问题，日后，这些技术将会被用于首批登上火星的宇航员们所穿的宇航服上。它们分别用于解决不同的技术缺口――也就是宇航服完成火星任务所缺失的功能。宇航服设计工程师在硬复合材料和纤维间进行权衡，寻找耐用性和灵活性的平衡。

　　行走在火星中的一大挑战是火星上的尘土。在火星表面行走后，火星的红色土壤如果被带入了宇宙飞船内，会对宇航员和舱内设施造成影响。为了应对这一问题，新宇航服的背后加上了宇航服接口的设计，这样，宇航员们就可以从舱内快速跳进宇航服，将宇航服留在舱外，从而使室内保持清洁。

　　火星车

　　当人们降落到火星上之后，他们至少要在火星上待上一年时间，以等待火星和地球运行到回程距离最近的位置。这一点给了宇航员们大量的时间进行实验、探索周围环境，然而，他们不会愿意把探索范围限制在步行可及的区域内。因此，宇航员需要使用稳健、可靠、功能多样的火星车，前往更遥远的地方。

　　在《火星救援》中，沃特尼开着他的火星车跑了好几趟，他甚至还对他的火星车进行了一些不怎么正统的改装，好让自己生存下来。

　　今天，在地球上，NASA正在使用多任务太空探索车（MMSEV），为可能遇到的一切情况做准备。MMSEV已被用于NASA的模拟任务项目，以帮助解决NASA已经知晓的问题，发掘尚未发现的问题。这项技术的用途十分广泛，可被用于支持未来探索小行星、火星、火星的卫星及其他类型的任务。目前，MMSEV已经为解决诸如行驶距离、快速进出和辐射保护等问题发挥了作用。为了保证探测器的机动性，一些版本的探测器装备了6个转向轮。这样，即使有一个爆胎，只要向上收起出了问题的轮胎，火星车依旧可以正常运作。

　　离子引擎

　　《火星救援》中，在往返火星的旅途中，战神3号上的宇航员们在赫尔墨斯号宇宙飞船上生活了几个月的时间，使用离子引擎这种有效的推进方式，穿越了将近5亿千米的空间。离子引擎的工作方式是向氩气或者氙气通电，以大约每小时35万千米的高速释放出离子。宇宙飞船受到的力像微风一般轻柔，但通过年复一年的持续加速，飞船最终可以达到惊人的速度。离子推进还允许飞船多次改变它的轨道，然后脱离轨道，奔向另一个更为遥远的世界。

　　这项技术使NASA今天的航天器，比如曙光号探测器，得以尽可能地减少燃料的消耗，并能够完成一些疯狂的轨道变换。曙光号目前已经完成了超过5年的持续加速，累计速度变化达到了每小时4万千米，超过了任何只靠自身推进系统推进的宇宙飞船。一路上，它完成了人类对矮行星灶神星以及小行星谷神星的第一次造访。

　　太阳能电池板

　　火星上没有加油站，没有发电厂，同时也几乎没有风能。对这颗红色星球上的载人任务来说，太阳能能帮上宇航员们的大忙。《火星救援》中，赫尔墨斯号宇宙飞船使用了太阳能电池阵来发电，而马克・沃特尼不得不采取一些非传统的方式使用太阳能板，来维持自己的生存。

　　在国际空间站，4套太阳能电池阵可产生84～124千瓦的电力――足够向40户人家进行供电。空间站并不需要那么多的能量，但如果出了差错，冗余能够有助于降低风险。空间站的太阳能发电系统是非常可靠的，自首批宇航员在2000年登陆至今，空间站一直安全地向宇航员们提供着电力。

　　NASA的猎户座飞船――一艘将会带着人们到达前所未有距离的飞船，也将会使用太阳能电池阵列来执行日后的任务。在阳光下时，电池阵列能收集能源，为船上的锂离子电池充电。在没有阳光的情况下，比如在月球背后运行时，仍然会有足够的能量供猎户座飞船运作。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/2c0919fb14791711cd79170d.html