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作者:正定县枫林商贸有限公司 来源:www.hbflsm.com 发布时间:2016-01-05 09:41:51
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  “你的音乐品味实在是太差了!”在太空中与“火星探测组指挥官”梅丽莎紧紧相拥时,“宇航员”马克抱怨道。

  令影迷期待已久的太空科幻大片《火星救援》终于在国内上映。片中,6名首次登陆火星的宇航员遭遇风暴,匆匆结束任务,混乱中马克被留在火星,成为“太空鲁宾逊”。幸运的是,在各方努力下,他最终获救回到地球。

  独自在火星上度过的500多天(火星日比地球日长40分钟左右)里,马克是怎样生存的?梅丽莎存在电脑里的迪斯科音乐显然只能作为“精神食粮”,他更需要适宜的环境和物质条件。结合片中的科技元素,中科院国家天文台副研究员、科普专家郑永春向记者介绍了火星上的生存之道。

  防辐射是重大难题

  居住舱具有温度、湿度和空气调节功能,是马克在火星上的家,也是他得以生存下来的重要保障。郑永春认为,这是人类探索火星之前必须解决的重要前提。

  他介绍说,NASA(美国国家航空航天局)已建立火星生存模拟系统,对航天员进行训练,为在火星长期生存做准备。该系统拥有独立的生命保障系统,分为上下两层,包括起居间、工作站及模拟气闸舱。目前这套系统还在进一步改进。

  而对于火星辐射,影片中描述得较少。郑永春表示,火星上辐射太强,人类还没研发出适当的防护手段。

  他介绍,在前往火星的途中,航天员主要面临两类危害健康的辐射粒子。一类是剂量较低但长期存在的银河宇宙射线,能量高、穿透性强,普通飞船外壳基本无法阻止,即使是30厘米厚的铝板,防护效果也极为有限;另一类是太阳耀斑和日冕物质抛射时产生的太阳高能粒子,通常是指能量为数百兆电子伏特的质子,其能量比银河宇宙射线低得多,持续时间较短,利用飞船外壳可以进行有效防护。“未来的载人火星飞船很可能会配备一间‘太阳风暴庇护所’,在太阳风暴发生时抵御高能粒子。”他说。

  为了给航天员设计有效的辐射防护系统,科学家已开展了对火星辐射环境的探索。2011年发射的好奇号火星车搭载了一台辐射评估探测器(RAD),目的就是为载人火星旅行提供基础数据。按照RAD的测量数据,航天员在火星上接受的累计辐射剂量,相当于每星期接受一次全身CT扫描。

  郑永春说,随着科技的进步,未来或许能发现一些新型轻质材料,具有比铝板更好的防护效果。但即使找到这种材料,也只能降低部分辐射剂量,穿透防护材料的射线仍会对人体健康产生危害。

  因此,防辐射是航天员登陆火星面临的重大难题。“现实的选择是就地利用火星土壤,加入粘结剂固结成型,或填充在包装物里。”他说,“一定厚度的土壤能有效降低太空辐射对航天员的危害。”

  再生水回收系统必不可少

  水是生命之源。郑永春说,火星上曾经有过河流和湖泊,但现在的火星上尚未找到可用的水源。NASA不久前宣布发现的火星液态水,只是含有高氯酸盐的有毒卤水,分布在少数火星撞击坑陡坡上。要在火星生存,再生水回收系统必不可少。

  影片中,马克研发了一套再生水回收系统,尽可能收集居住舱内的所有水气,让自己得以生存。

  郑永春介绍,再生水回收系统已经在国际空间站上得到了成功应用。在国际空间站,不会有任何一滴汗水、眼泪或尿液被浪费。这种新的净水系统被称为“水膜”,利用纳米技术和调节生物体水分的蛋白质技术,可以将汗液、尿液等废水转化为可饮用水。有位航天员曾说:“在国际空间站,我今天喝的咖啡就源自昨天喝下去的咖啡。”个中含义你懂的,在荒野求生纪录片里,很多人靠喝尿液才得以生存,其实这一幕每天都在国际空间站上演。

  外星生存还有一项重要条件:氧气。没有氧气,马克无法随意进行舱外活动,他必须随身携带氧气补给。郑永春表示,如果未来人类要在月球生存,所需氧气或许要依靠钛铁矿和氢气的氧化还原反应生产水,然后用水来电解产生氧气。火星生存所需的氧气也来自于水的分解,以电解方式分离水分子中的氧气和氢气,这套制氧设备已经成功用于国际空间站。氧气释放到空气中用于维持生命,氢气则进入制水循环系统。

  耕种火星农业试验田

  航天专家、《国际太空》杂志执行主编庞之浩介绍,NASA已准备为探索火星组建团队,团队里每个人都得有一手“绝活”。

  庞之浩说,该团队要有技术高超的驾驶员,能够应对飞船在飞行、着陆时可能遇到的困难;要有全能医生,从外科、内科到牙科都比较了解,如果有女航天员,还得懂妇科;要有全能的工程师,保证飞船各系统乃至舱外航天服都正常工作;要有全能科学家,懂地质、化学、气候等,以担负科学考察任务。“这四种专业人才,将是探索火星的基本配置。”

  照此看来,马克算不上团队里的核心成员。重新和乘组取得联系后,队友也在表达思念之余不忘调侃:“我们得轮流分担你的工作。不过,不就是些农活么?”

  然而马克的绝活对他的生存功不可没。“幸好我是植物学家。”走出最初的绝望后,他对着视频记录仪咆哮道,“火星将惧怕植物的力量!”然后他决定给自己种粮食。

  种植作物,先要培养土壤。郑永春介绍,火星土壤与地球土壤的物质组成基本相同,但地球土壤里有微生物群落,火星土壤中却没有,而某些特定养分只能通过微生物来提供。

  影片中,马克把所有能找到的有机物都储存起来,甚至出舱捡回了队友的粪便。按照剧情设计,航天员的粪便经脱水、灭菌后装进密封袋,遗弃到火星表面,虽然已不含微生物,但含有复杂的蛋白质。此时它们发挥了重要作用。马克把它们装进容器,加水并加入自己的粪便后,微生物大量繁殖,随后加入火星土壤以及携带的地球土壤,让地球土壤中的微生物感染火星土壤。一周后,火星土壤就被改造成充满微生物的地球土壤,此后每周被改造的土壤规模都能增加一倍。

  土壤搞定了,马克开始从食品中寻找可以种植的作物,要获取热量,土豆是最佳选择。尽管后来他的农田在一次意外中毁掉了,但已经收获的土豆加上居住舱内的食物储备,最终让他撑到救援到来。

  “种植农作物是太空探索和火星探测的重要项目。”郑永春介绍,今年国际空间站上已成功栽培出新鲜蔬菜。蔬菜是空间站上极具开发潜力的新鲜食材,只要用有色光线控制,就能乖乖生长,其中生菜最容易种植。

  而在火星上种植,需要筛选适应火星环境的作物。他表示,在火星上种植作物,不仅可以满足航天员的营养需求,还能大大减少从地球上运来的物资,降低任务的技术风险和成本。

  记者了解到,火星的自然环境与地球最相似,是太阳系中唯一经改造后适合人类长期居住的天体。美、俄、欧空局等早就开始酝酿载人登陆火星计划,中国也正在积极规划自主火星探测。当前,重型运载火箭和新一代载人飞船的性能显著提升,载人登陆火星不再是纸上谈兵,人类有望在未来20年(2035年)左右首次登陆火星表面,航天员乘组很可能是多国合作的“联合国际”航天员。人类登陆火星后,将朝着建立火星前哨站、改造火星环境、火星移民的长远目标逐步迈进。

  “从某种程度来讲,《火星救援》并非科幻,而是展现20年后的现实世界。”郑永春说。




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