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一直以來(lái)，火星都在人類(lèi)的想象中占據(jù)著重要位置。古人訝異于它的紅色，以及年復(fù)一年循著周期跌宕起伏的亮度。早期的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)讓一些人猜想這顆星球被運(yùn)河所覆蓋，而這些運(yùn)河則是火星居民用于交通和貿(mào)易的通道。在《世界大戰(zhàn)》一書(shū)中，作者H.G.威爾斯設(shè)定了一個(gè)企圖征服地球的火星文明。在1938年，奧森·威爾士將威爾斯的小說(shuō)改編為廣播劇，并驚嚇到了一群以為自己正在聽(tīng)真實(shí)新聞的聽(tīng)眾。

相較而言，火星和人類(lèi)之間的真實(shí)故事就沒(méi)有那么浪漫，但其迷人之處并不減損分毫。望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)將天上的明亮紅點(diǎn)變成了模糊而斑駁的碟形，使人們產(chǎn)生了火星上有運(yùn)河存在的白日幻想。就在50年前，一架經(jīng)過(guò)火星的航天器拍下了它的第一張照片，顯示火星擁有模糊的大氣層?，F(xiàn)在，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的火星探索，人們發(fā)現(xiàn)火星曾經(jīng)存在過(guò)開(kāi)放水域，這一生命存在的基本要素。

即使在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，人們對(duì)于火星的癡迷也并未消退。一個(gè)熱愛(ài)寫(xiě)作本身，并樂(lè)于把自己的科幻小說(shuō)發(fā)上博客的前程序員安迪·威爾（Andy？ Weir），將一位NASA宇航員擱淺在火星的故事寫(xiě)成了連載。這個(gè)故事大受歡迎，最終，安迪·威爾將它改編為一部成功的小說(shuō)——《火星救援》，其同名電影也上映了。

《火星救援》把關(guān)于火星的想象和事實(shí)結(jié)合在了一起，將故事建立在NASA和其他組織為探索火星所做的共同努力上，并把時(shí)間推移至2030年。那時(shí)，NASA的宇航員會(huì)定期登上火星，并在火星表面上生活一段時(shí)間，進(jìn)行探索工作。盡管小說(shuō)的故事發(fā)生在20年后，但NASA實(shí)際上已經(jīng)擁有了電影中出現(xiàn)的許多技術(shù)。

居住艙

在火星上，沃特尼花了大量的時(shí)間待在居住艙里，這是他遠(yuǎn)離家園時(shí)的家。未來(lái)登陸火星的宇航員也將需要這樣的一個(gè)家，要不然，宇航員們就得穿著太空服、躺在塵土里度過(guò)他們的火星時(shí)間。

NASA的人類(lèi)探索研究模擬器是一個(gè)模擬外太空居住艙的獨(dú)立空間。這個(gè)兩層樓的空間由生活區(qū)、工作區(qū)、衛(wèi)生艙和一個(gè)模擬氣閘組成。在其中，測(cè)試對(duì)象們需要執(zhí)行操作任務(wù)，完成負(fù)載目標(biāo)，并共同生存14天，在孤立環(huán)境中模擬未來(lái)的任務(wù)。宇航員近期也在利用這一設(shè)施模擬國(guó)際空間站的任務(wù)。這些模擬提供了人為因素、行為健康以及處理應(yīng)對(duì)方面的寶貴數(shù)據(jù)，有利于加深NASA對(duì)未來(lái)如何執(zhí)行外太空探索任務(wù)的理解。

太空農(nóng)場(chǎng)

目前，國(guó)際空間站的宇航員可以從貨物補(bǔ)給飛船獲得足夠的食物，有些飛船還是商業(yè)公司提供的。但在火星，人們無(wú)法依靠地球補(bǔ)給獲得食物，即使是用最快的方式運(yùn)送，也要花上至少9個(gè)月的時(shí)間。如果人們想要在火星上生存，他們就需要持續(xù)的食物來(lái)源。因此，他們將需要自己來(lái)種植作物。

在《火星救援》中，沃特尼將他的居住艙變成了一個(gè)自給自足的農(nóng)場(chǎng)，而土豆則成為了火星上的第一項(xiàng)主要農(nóng)產(chǎn)品。而現(xiàn)在，在地球的近地軌道附近，生菜是最為充足的作物。在國(guó)際空間站有一套可應(yīng)用的新鮮食品生產(chǎn)系統(tǒng)：“Veggie”。使用紅、藍(lán)和綠色光，Veggie項(xiàng)目能使植物長(zhǎng)在“枕頭”上——含有介質(zhì)和肥料，表層能進(jìn)行毛細(xì)作用的小袋子，并能被宇航員收獲。在2014年，宇航員通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)成功種植了“Outredgeous”紅色長(zhǎng)葉萵苣，并在最近第一次品嘗了這種宇宙蔬菜。這是太空種植上重大的一步，同時(shí)，NASA也希望進(jìn)一步擴(kuò)展作物的數(shù)量和種類(lèi)，以滿足未來(lái)登陸火星的宇航員的營(yíng)養(yǎng)需求。

水回收

火星表層上沒(méi)有任何湖泊、河水或者海洋，如果從地球上運(yùn)水過(guò)去則要花上9個(gè)月以上的時(shí)間?；鹦巧系挠詈絾T必須創(chuàng)建出自己的供水系統(tǒng)。因?yàn)閼?zhàn)神3號(hào)上的水回收裝置，宇宙飛船上的全體成員在火星上沒(méi)有浪費(fèi)一滴水，而沃特尼則需要憑借自己的聰明才智，來(lái)保證自己在這顆紅色的星球上不至脫水，并且生存下來(lái)。

在國(guó)際空間站上，沒(méi)有一滴汗水、眼淚甚至尿液會(huì)被浪費(fèi)。環(huán)境控制和維生系統(tǒng)會(huì)回收并循環(huán)使用從各種地方采集來(lái)的水：尿液、洗手水、口腔清潔時(shí)使用的水等等。通過(guò)水回收系統(tǒng)，水被回收、過(guò)濾，并重新被投入使用。一個(gè)宇航員曾這么說(shuō)過(guò)：“昨天的咖啡就是今天的咖啡?！?/p>

在太空中，液體的確會(huì)造成一些棘手的問(wèn)題。水回收系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)必須考慮到，在微重力空間中液體的表現(xiàn)是非常不同的。比如，水回收系統(tǒng)處理尿液時(shí)必須使用離心機(jī)來(lái)進(jìn)行蒸餾，因?yàn)樵谔罩?，液體和氣體并不會(huì)像在地球上那樣分離。

NASA沒(méi)有停止過(guò)研發(fā)水回收新技術(shù)的腳步。目前，有研究正在試圖提升一次性多用過(guò)濾網(wǎng)（用于過(guò)濾無(wú)機(jī)污染物，以及不揮發(fā)的有機(jī)污染物）的性能，使之成為水回收系統(tǒng)中更具永久性的部件。鹵水回收過(guò)程則會(huì)從尿液蒸餾的“底料”中回收每一滴水。在未來(lái)的探索任務(wù)中，宇航員對(duì)來(lái)自地球的水和零部件補(bǔ)給的依賴(lài)將會(huì)減少。

這項(xiàng)科技也被引進(jìn)給了地球上的一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，或者遭受?chē)?yán)重自然災(zāi)害的地區(qū)，來(lái)為他們提供清潔的飲水。

氧氣生成

水、食物、庇護(hù)所：它們是在地球生存的三項(xiàng)基本要素。然而，還有一個(gè)第四要素往往被我們忽視，因?yàn)樵诘厍蛏希@種要素總是可以免費(fèi)獲取——那就是氧氣。在火星上，沃特尼可沒(méi)法跑出門(mén)外，呼吸一口新鮮空氣。要想活下來(lái)，他無(wú)論去哪兒都必須隨身攜帶自己的氧氣補(bǔ)給。但首先，他得制造出自己的補(bǔ)給。在他的居住艙中，他用的是“氧合機(jī)”——一種用來(lái)自火星升空載具的燃料制造機(jī)富集的二氧化碳來(lái)制造氧氣的工具。

在國(guó)際空間站，宇航員們擁有氧氣生成系統(tǒng)，它對(duì)空間站內(nèi)的空氣進(jìn)行再處理，高效、可持續(xù)地為宇航員們不間斷提供可呼吸的空氣。這種裝置通過(guò)電解過(guò)程，將水分子中的氫原子和氧原子分離。其中，氧氣被釋放到空氣中，而氫氣則會(huì)被丟棄到宇宙中，或者被送入薩巴捷系統(tǒng)——一種從空間站大氣的副產(chǎn)品中提取水的系統(tǒng)。

火星宇航服

火星表面對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)可并不怎么適宜居住。那里大氣溫度非常低，也幾乎沒(méi)有可以呼吸的空氣。在居住艙外的火星表面采集樣本、維護(hù)設(shè)施時(shí)，宇航員要想活下來(lái)，宇航服是必不可少的。

在他度過(guò)的那些火星日中，馬克·沃特尼經(jīng)常穿著宇航服工作，他最后還需要在火星上長(zhǎng)途旅行。因此他的宇航服應(yīng)當(dāng)是靈活、舒適而可靠的。

現(xiàn)在，NASA正在研究可用于火星探索的宇航服技術(shù)。從穿越火星地貌到采集巖石樣本，設(shè)計(jì)工程師需要考慮到宇航員在火星上所需要執(zhí)行的一切任務(wù)。

Z-2和Prototype？eXploration宇航服是NASA設(shè)計(jì)的新型宇航服樣本，它們運(yùn)用了新技術(shù)解決了一些獨(dú)特的問(wèn)題，日后，這些技術(shù)將會(huì)被用于首批登上火星的宇航員們所穿的宇航服上。它們分別用于解決不同的技術(shù)缺口——也就是宇航服完成火星任務(wù)所缺失的功能。宇航服設(shè)計(jì)工程師在硬復(fù)合材料和纖維間進(jìn)行權(quán)衡，尋找耐用性和靈活性的平衡。

行走在火星中的一大挑戰(zhàn)是火星上的塵土。在火星表面行走后，火星的紅色土壤如果被帶入了宇宙飛船內(nèi)，會(huì)對(duì)宇航員和艙內(nèi)設(shè)施造成影響。為了應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，新宇航服的背后加上了宇航服接口的設(shè)計(jì)，這樣，宇航員們就可以從艙內(nèi)快速跳進(jìn)宇航服，將宇航服留在艙外，從而使室內(nèi)保持清潔。

火星車(chē)

當(dāng)人們降落到火星上之后，他們至少要在火星上待上一年時(shí)間，以等待火星和地球運(yùn)行到回程距離最近的位置。這一點(diǎn)給了宇航員們大量的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、探索周?chē)h(huán)境，然而，他們不會(huì)愿意把探索范圍限制在步行可及的區(qū)域內(nèi)。因此，宇航員需要使用穩(wěn)健、可靠、功能多樣的火星車(chē)，前往更遙遠(yuǎn)的地方。

在《火星救援》中，沃特尼開(kāi)著他的火星車(chē)跑了好幾趟，他甚至還對(duì)他的火星車(chē)進(jìn)行了一些不怎么正統(tǒng)的改裝，好讓自己生存下來(lái)。

今天，在地球上，NASA正在使用多任務(wù)太空探索車(chē)（MMSEV），為可能遇到的一切情況做準(zhǔn)備。MMSEV已被用于NASA的模擬任務(wù)項(xiàng)目，以幫助解決NASA已經(jīng)知曉的問(wèn)題，發(fā)掘尚未發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。這項(xiàng)技術(shù)的用途十分廣泛，可被用于支持未來(lái)探索小行星、火星、火星的衛(wèi)星及其他類(lèi)型的任務(wù)。目前，MMSEV已經(jīng)為解決諸如行駛距離、快速進(jìn)出和輻射保護(hù)等問(wèn)題發(fā)揮了作用。為了保證探測(cè)器的機(jī)動(dòng)性，一些版本的探測(cè)器裝備了6個(gè)轉(zhuǎn)向輪。這樣，即使有一個(gè)爆胎，只要向上收起出了問(wèn)題的輪胎，火星車(chē)依舊可以正常運(yùn)作。

離子引擎

《火星救援》中，在往返火星的旅途中，戰(zhàn)神3號(hào)上的宇航員們?cè)诤諣柲固?hào)宇宙飛船上生活了幾個(gè)月的時(shí)間，使用離子引擎這種有效的推進(jìn)方式，穿越了將近5億千米的空間。離子引擎的工作方式是向氬氣或者氙氣通電，以大約每小時(shí)35萬(wàn)千米的高速釋放出離子。宇宙飛船受到的力像微風(fēng)一般輕柔，但通過(guò)年復(fù)一年的持續(xù)加速，飛船最終可以達(dá)到驚人的速度。離子推進(jìn)還允許飛船多次改變它的軌道，然后脫離軌道，奔向另一個(gè)更為遙遠(yuǎn)的世界。

這項(xiàng)技術(shù)使NASA今天的航天器，比如曙光號(hào)探測(cè)器，得以盡可能地減少燃料的消耗，并能夠完成一些瘋狂的軌道變換。曙光號(hào)目前已經(jīng)完成了超過(guò)5年的持續(xù)加速，累計(jì)速度變化達(dá)到了每小時(shí)4萬(wàn)千米，超過(guò)了任何只靠自身推進(jìn)系統(tǒng)推進(jìn)的宇宙飛船。一路上，它完成了人類(lèi)對(duì)矮行星灶神星以及小行星谷神星的第一次造訪。

太陽(yáng)能電池板

火星上沒(méi)有加油站，沒(méi)有發(fā)電廠，同時(shí)也幾乎沒(méi)有風(fēng)能。對(duì)這顆紅色星球上的載人任務(wù)來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能能幫上宇航員們的大忙?！痘鹦蔷仍分校諣柲固?hào)宇宙飛船使用了太陽(yáng)能電池陣來(lái)發(fā)電，而馬克·沃特尼不得不采取一些非傳統(tǒng)的方式使用太陽(yáng)能板，來(lái)維持自己的生存。

在國(guó)際空間站，4套太陽(yáng)能電池陣可產(chǎn)生84～124千瓦的電力——足夠向40戶人家進(jìn)行供電?？臻g站并不需要那么多的能量，但如果出了差錯(cuò)，冗余能夠有助于降低風(fēng)險(xiǎn)?？臻g站的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)是非?？煽康?，自首批宇航員在2000年登陸至今，空間站一直安全地向宇航員們提供著電力。

NASA的獵戶座飛船——一艘將會(huì)帶著人們到達(dá)前所未有距離的飛船，也將會(huì)使用太陽(yáng)能電池陣列來(lái)執(zhí)行日后的任務(wù)。在陽(yáng)光下時(shí)，電池陣列能收集能源，為船上的鋰離子電池充電。在沒(méi)有陽(yáng)光的情況下，比如在月球背后運(yùn)行時(shí)，仍然會(huì)有足夠的能量供獵戶座飛船運(yùn)作。