火星生存之道

1。居住艙——火星上的家

居住艙是馬克在火星上的家，也是電影中的主要場景之一。居住艙具有溫度、溼度和空氣調節功能，航天員在居住場內活動不需要穿著笨重的艙外宇航服，可以穿得和地面上一樣。這是馬克在火星上得以生存下來的重要保障，也是人類未來探索火星之前必須要解決的重要前提。

現實中，NASA在休斯敦的約翰遜航天中心建立了火星生存模擬系統，航天員在那裡進行訓練，為火星上的長期生存做準備。火星生存模擬系統擁有獨立的生命保障系統，分為上下兩層，包括起居間、工作站及模擬氣閘艙。根據實驗效果，目前這套系統還在進一步改進，以適應未來的火星表面生存和作業。

2。輻射防護——尚待解決的難題

《火星救援》中對火星輻射的描述相對較少，這非但不是火星上的輻射較弱，而是因為火星上的輻射太強，以至於至今還沒有研發出適當的防護手段。

實際上，在載人前往火星的途中，航天員主要面臨兩類危害健康的輻射粒子：

一類是劑量較低，但長期存在的銀河宇宙射線。能量高、穿透性強，很難防護，普通的飛船外殼基本上無法阻止它們，即使是30釐米厚的鋁板，防護效果也極為有限，嚴重威脅航天員健康。

另一類是太陽耀斑和日冕物質拋射時產生的太陽高能粒子，通常是指能量為數百兆電子伏特的質子，能量比銀河宇宙射線的能量要低得多，持續時間較短，利用飛船外殼可以進行有效防護。預測未來的載人火星飛船很可能會配備一間‘太陽風暴庇護所’，在太陽風暴發生時，航天員可以躲進庇護所，抵禦來自太陽的高能粒子。

在載人登陸火星前，科學家希望瞭解火星上的輻射環境，以便為航天員設計有效的輻射防護系統。2011年11月26日發射的好奇號火星車搭載了一臺輻射評估探測器（RAD），測量飛船內部的高能粒子輻射環境，目的是為未來載人火星旅行提供基礎資料。根據2013年5月31日發表在《自然》雜誌上的文章，按照RAD的測量資料，航天員在火星上接受的累計輻射劑量，相當於每星期接受一次全身CT掃描。

隨著科技的進步，未來有可能會發現一些新型的輕質材料，或許會比鋁板具有更好的防護效果。但即使找到這種新型防護材料，也只能降低部分輻射劑量，穿透防護材料的射線仍然會對人體健康產生危害。因此，防輻射是航天員登陸火星面臨的重要難題。現實的選擇是就位利用火星土壤，加入粘結劑固結成型，或用包裝物填充火星土壤，一定厚度的土壤將可以有效地降低太空輻射對航天員的危害。

3．生命之基——再生水回收和氧氣生產

水是生命之源，火星上的水資源實在太珍貴了，沒有水航天員在火星上將完全無法生存。雖然水在太陽系中非常豐富，火星上也曾經有過大規模的水，以及許多河流和湖泊。但現在的火星上還沒有找到可用的水源，NASA剛剛宣佈發現的火星液態水也只是含有高氯酸鹽的有毒滷水，分佈在少數的火星撞擊坑陡坡上。航天員火星生存所需的水仍是一個困難，因此再生水回收系統就變得非常重要。

影片中，聰明的馬克每天計算自己所需攝入的熱量（卡路里）和水，他不會浪費任何一滴水，在沒有任何外來資源和地面救助的情況下，他研發了一套再生水回收系統，儘可能收集火星居住艙內的所有水氣，讓自己得以生存下去。

現實中，這樣的再生水回收系統已經在國際空間站上得到了成功應用。在國際空間站，同樣不會有任何一滴汗水、眼淚或尿液被浪費。這種新的淨水系統被稱為“水膜”，這種隔膜利用奈米技術和調節生物體水分的蛋白質技術，可以將汗液、尿液等廢水轉化為可飲用水。

利用這套再生水回收系統，國際空間站內收集的水分經過過濾、淨化後迴圈利用。有位航天員曾經形象地說過，在國際空間站上，我今天喝的咖啡就源自昨天喝下去的咖啡。箇中含義，想必你懂的，在紀錄片荒野求生和地震救援中，很多人甚至靠喝尿液才得以生存下去。其實，這一幕每天都在國際空間站上演……

除了住所、食物和水，在火星上生存還有一項重要的條件：氧氣。火星上沒有氧氣，馬克無法隨意進行艙外活動，他必須隨身攜帶氧氣補給。月球生存未來所需的氧氣或許要依靠鈦鐵礦和氫氣的氧化還原反應生產水，然後用水來電解產生氧氣。火星生存所需的氧氣也來自於水的分解，以電解方式分離水分子中的氧氣和氫氣，這套製氧裝置已經成功用於國際空間站。氧氣釋放到空氣中用於維持生命，氫氣則進入制水迴圈系統。

4．火星農場——改造火星土壤

要想種植作物，首先需要培養土壤。火星土壤與地球土壤的物質組成基本相同，但是地球土壤裡有微生物群落，某些特定的養分只能透過微生物來提供，而火星土壤中沒有微生物。因此，馬克帶著少量的地球土壤和一把種子登陸火星，希望試驗不同比例的火星土壤與地球土壤混合來種植作物。

但是，馬克只帶了一小盆地球土壤，以及地球上最頑強且最容易種植的作物種子——幾種野草和羊齒草，只是為了把它們作為測試作物。

火星上沒有有機物和微生物。影片中，馬克把所有能找到的有機物收進廚餘桶都儲存起來。按照之前的任務設計，航天員的糞便經脫水、滅菌後裝進密封袋裡，再遺棄到火星表面。

但現在，這些糞便將發揮重要作用。馬克甚至出艙撿回隊友們之前遺留的完全脫水乾燥的糞便，雖然這些糞便已經完全不含微生物了，但還有複雜的蛋白質。馬克找了一個大容器，加水並加了一點自己的糞便，接種微生物後即可大量繁殖，味道越臭，表示微生物繁殖得越好。（溫馨提示：有心理障礙者，觀影前請做好心理準備）

僅有糞便作為肥料是不夠的。地球土壤中有幾十種不同的微生物，而火星土壤中沒有。馬克在糞便中加入火星土壤鋪開，再加入一點地球土壤，讓地球土壤中的微生物感染火星土壤，這些微生物至關重要，是作物生長的關鍵。一週之後，火星土壤就會被改造成充滿微生物的地球土壤，支撐作物生長。每週被改造的土壤規模都會增加一倍。

這裡我們需要做一個數學題：居住艙地面約有92平米，整個地面都鋪上10釐米深的火星土壤，總共需要搬9。2立方米的火星土壤到居住艙裡，但實際上每次只能搬動0。1立方米的火星土壤。因此要建設一片92平米的火星土壤，馬克需要進出壓力艙92次。同時，要改造火星土壤，每立方米就需要40千克的水，建設一片92平米的菜園，需要368千克的水才可以。居住艙裡擁有最先進的淨水器，人類每天生存需要3千克水，每名航天員有50千克的水迴圈使用，所以居住艙共有300千克水可供使用。即使把所有水都用上的話，只能灌溉62。5平米的菜園。那麼問題來了，怎樣才能獲得新的水源？被改造的62。5平米的土壤能種出多少食物？能否維持馬克的生活呢？彆著急，後面繼續數學計算。

5．種植土豆——火星農業的試驗田

好吧！繼續我們的數學題。在62平米的菜園裡，400天可以種出150千克的土豆（食物吃光的期限），有11。55萬卡路里的熱量，每天可以提供288卡路里。但以馬克的身高和體重，即使稍稍餓點肚子，每天也需要1500卡路里的熱量。要維持生計，實在還差得太遠。

如果光靠土豆，只能支撐多少天呢？76天！幸運的是，土豆可以重複收穫，76天裡面還可以再種出2。2萬卡路里的土豆，還可以供應15天。因此，馬克在火星上生存的時間可以從400個火星日延長至490個火星日。但他需要活到第1412天，才可以等到救援。因此，至少還缺1000天的食物，那麼馬克又是如何解決食物問題的呢？

在國際空間站上，航天員透過定時的貨物補給獲得豐富的食品和生活設施。就在今年，國際空間站已經成功栽培出新鮮的蔬菜。在空間站上，蔬菜屬於極具開發潛力的新鮮食材，只要用有色光線控制，蔬菜就會乖乖生長，按時供航天員食用。其中生菜是最容易種植的蔬菜品種。

但在6500萬千米外的火星，馬克必須實現自給自足。因為即使地面馬上發射飛船，最快也要9個月後才能把食品送到火星上。因此，需要篩選適應火星環境的作物種類，在火星上種植作物，不僅可以確保未來登陸火星的航天員能夠滿足營養需求，還可以大大減輕需要從地球上運送的物資重量，顯著降低載人登陸火星的技術風險和經費成本。

6．模擬試驗場——地球上的“火星基地”

為訓練航天員和研發載人登陸火星的相關技術，科學家在美國猶他州的沙漠和非洲摩洛哥的撒哈拉沙漠北部也都找到了火星表面的模擬場景，並設立觀測站開展長期觀測和研究。

在漫長的飛行旅途以及火星生存過程中，如何緩解心理孤獨是一大問題。影片中，馬克在火星上生存的整個過程中，都十分清醒而鎮定，展現了一個航天員的優秀品質。如果換成是普通人，一旦知道自己沒趕上回地球的飛船估計就已崩潰。馬克卻表現出異於常人的冷靜和堅韌，救治傷口、清點食物、計算每日所需、建設火星農場、培育土壤、種植作物，一切安排都井然有序，有條不紊。

偌大的火星上，只有孤零零的一個人。