你将如何死在火星上

我们正在前往火星的路上。美国宇航局计划在 2030 年代将宇航员送上火星。SpaceX 等私人航天公司也表示有兴趣在火星建立自己的殖民地，而臭名昭著的火星一号项目已于 2020 年招募平民前往我们的星球邻居进行单程旅行。

虽然许多人可能梦想着在火星度过余生，但这样的日子可能已经屈指可数了。火星环境对地球生命构成了重大挑战，建立火星栖息地需要非凡的工程实力和技术知识，以确保居民的安全。

保证宇航员在火星上生存所需的技术尚未准备好——而且可能还需要很多年才能准备好。

尽管我们可能很快就会拥有将人类送往火星所需的运载火箭，但让宇航员在火星上生存所需的许多技术尚未准备就绪——而且可能还需要很多年。对于那些渴望尽快到达火星的人来说，要小心：如果你过早前往火星，可能会发生许多悲剧。

你会崩溃

假设你已经在深空航行中花费了数月时间，终于进入了围绕红色星球的轨道。恭喜你！现在你需要下到地面——这会很棘手。

问题在于火星的大气层。火星周围的空气非常稀薄——密度大约是地球大气层的 1/100。返回地球的航天器依靠降落伞和大气阻力来减速。物体越重，需要的阻力就越大，以防止它撞到火星表面。

但由于火星周围大气层稀薄，将大量物体轻轻降落到火星上将非常困难。重物在下降过程中会加速，导致一次深度撞击。

美国宇航局探索任务规划办公室副经理布雷特·德雷克告诉《大众科学》 ：“如何穿过大气层到达火星表面是一个关键挑战。使用目前的着陆技术，我们只能将一吨重的物品降落到火星。这还不足以建立殖民地；我们需要更强大的能力。”

据德雷克称，NASA 需要一次着陆 20 到 30 公吨的物体，才能将所有宇航员和行星栖息地所需的物资安全送至地面。为此，NASA 正在设计独特的着陆器，尤其是可充气的低密度超音速减速器。LDSD 的形状像一个标志性的飞碟，其圆盘形状和附加的充气气球增加了着陆器的表面积，使其能够在较稀薄的大气中减速。

LDSD 仍在地球上进行测试，即将于 6 月在夏威夷进行测试。着陆器是否能够将如此重的有效载荷降落到火星表面尚待确定。

至于火星一号和 SpaceX，目前尚未提供有关他们计划如何登陆火星的具体信息。

你会冻僵

欢迎来到火星！（前提是你已经安全着陆。）现在是时候熟悉新家的气候条件了。

火星的平均温度约为 -81 华氏度，但会根据季节、时间和地点的不同而大幅波动，范围从赤道附近的 86 华氏度到两极附近的 -284 华氏度。这意味着宇航员必须配备对抗严寒的装备。

由于多年来在国际空间站安置宇航员，NASA 已经学会了很多保护宇航员免受温度波动影响的方法。当暴露在阳光下时，国际空间站会承受超过 200 华氏度的高温，然后在地球的夜晚温度会降至 -200 华氏度。国际空间站和宇航员的太空服使用专门的热控制系统和升华等工艺来排斥多余的热量并保护人们免受寒冷。

然而，这些控制系统的设计初衷是在真空环境下工作。火星大气中的宇航服和居住舱将需要全新的方法。尽管大气层很薄，但仍含有气体，这些气体可以将热量传递到宇航服和从宇航服中传出（类似于地球上的风为我们降温的方式）。因此，宇航员将更加强烈地感受到温度的快速变化。

“我们需要一种解决方案，既能在寒冷环境中提供更好的隔热效果，又能在炎热环境中提供不同的散热方式，”德雷克说。“真空中的宇航服与热水瓶非常相似，但火星上的宇航服更像是放在厨房柜台上的咖啡杯——与热水瓶中的咖啡相比，柜台上普通杯子中的咖啡冷却速度要快得多。”

你会饿死

生活在火星表面的栖息地与生活在南极洲偏远的研究前哨站有些相似。这些站点所需的所有食物和补给都必须来自其他大陆，货物补给任务并不频繁。

火星距离主流文明仅比南极洲稍远一点，任何向火星栖息地补给的任务都需要数月或数年才能完成。如果任何殖民地希望在这颗红色星球上生存，那么在食物方面必须有某种形式的自给自足。这意味着你需要一些星际农业技能。

Mars One 的计划是在人工照明下在室内种植农作物。根据该项目的网站，80 平方米的空间将专门用于栖息地内的植物生长；植被将使用火星土壤中的疑似水以及最初四名机组人员产生的二氧化碳来维持。

“仅靠人类产生的_二氧化碳所能维持的农作物数量仅够养活一半的船员。”

然而，麻省理工学院研究人员去年进行的分析表明，这些数字根本说不通。

“当你种植足够四个人无限期食用的农作物时，宇航员产生的二氧化碳不足以维持农作物的存活，”麻省理工学院的航空工程师、报告的主要作者 Sydney Do 说道。“所以农作物很快就会死掉，12 到 18 天内就死了。”增加更多的人并不能解决这个问题，因为那样就没有足够的食物了。“仅靠人类产生的_二氧化碳可以维持的农作物数量仅够满足宇航员一半的饮食需求，”Do 说道。这真是一个两难的局面。

那么，如何解决这个问题呢？你可以种植更少的农作物，但这意味着宇航员最终将耗尽重要的食物来源。或者你可以找到一种方法来引入额外的二氧化碳，也许可以通过_二氧化碳净化技术。这种创新涉及从稀薄的火星大气中吸收气体，在地球上还处于起步阶段。但如果可以为火星栖息地开发这种技术，用它来种植更多的农作物可能会对宇航员的氧气供应产生一些影响。

你会窒息（或者爆炸）

在火星上种植农作物不仅仅是为了给饥饿的宇航员提供食物，植物还将成为火星居住地可再生氧气的重要来源。这比不断向火星运送沉重的氧气罐要好得多，因为氧气罐会在补给任务中占用太多宝贵的空间，而且运输成本很高。

研究表明植物可能能够在火星土壤中生长，但农作物从未在火星重力环境中生长过，因此需要进一步测试以确定植物是否能够存活。但如果成功的话，养活多人船员所需的植物将产生大量氧气。这不一定是件好事。

根据 Do 的报告，封闭环境中的氧气过多会导致机组人员氧气中毒风险增加，甚至更糟的是，还会导致自发爆炸。因此，必须将_氧气从居住舱中排出。要做到这一点，宇航员需要一种专门的方法将氧气从气流中分离出来。地球上有许多方法可以做到这一点（低温蒸馏和变压吸附），但这些技术都没有在火星环境中进行过测试，要想让这些技术在另一个星球上可行，还需要进行大量的研究和开发。

“需要进行重大的技术开发，因为目前还没有这种技术，”Do 说。“这个栖息地所需的技术可以在地球上使用，但它们需要大量的人力照料，而且体积非常大。就太空环境中的实际应用而言，需要将它们小型化、降低成本并提高其可靠性。”

最近，NASA 提出了在火星上进行“生态造生”的设想——创建一个可以维持生命的生态系统。他们的想法是将某些地球生物（如某些蓝藻）送往火星，然后这些生物可以在火星岩石地形上生存并产生氧气。NASA 的一份声明称：“最终，火星上的生物圈将通过细菌或藻类驱动的转化系统封闭生态造生提供的氧气，这些生物圈可能会遍布整个红色星球，为探险队提供住所。”然而，该航天局并未透露这些生物需要多少二氧化碳，以及它们是否可以通过机组人员产生的空气维持生命。

还有 MOXIE——火星氧气原位资源利用实验——它可以消除对植物氧气的依赖。这台机器由麻省理工学院的研究人员开发，其工作原理是从火星大气中提取二氧化碳，并将其分解成氧气和一氧化碳。MOXIE 的低规模版本将随 NASA 的下一辆火星车一起前往火星，计划于 2020 年发射。如果成功，MOXIE 可以提供可再生的氧气来源，而无需种植农作物带来的难题。

你可能根本就到不了那里

所有这些情况只有在你真正到达火星时才会成为关键问题。但可悲的事实是，你甚至可能无法在旅途中幸存下来。除非航天器的硬件出现问题或意外与太空垃圾发生冲突，否则太空中仍潜伏着一个难以避免的致命杀手：辐射。

在低地球轨道之外，深空环境充满了宇宙射线——高能粒子。这种太空辐射很容易穿透航天器的壁，长期暴露可能会对人体健康产生奇怪的影响。

最近一项针对老鼠的研究显示，长期暴露在宇宙射线下可能会导致大脑发生一些异常变化。在让老鼠接受模拟宇宙射线后，研究人员发现老鼠失去了许多重要的大脑突触。随后对老鼠的行为研究表明，它们表现出的好奇心减少，似乎很困惑——这是一个令人毛骨悚然的结果，对未来的火星之旅产生了令人不安的影响。

在低地球轨道之外，深空环境充满了宇宙射线。

但也许更令人担忧的是，太空辐射会增加罹患癌症的可能性。目前，NASA 监控着每位宇航员在其职业生涯中一生中受到的太空辐射。如果一个人因太空辐射而患致命癌症的风险增加 3%，NASA 就会永久禁止该宇航员登机。

在空间站上，宇航员由于地球磁场而受到部分宇宙射线的保护，因此他们需要一段时间才能达到 3% 的限值。但在长达一年的深空航行中，没有磁层可以保证他们的安全。此外，一些宇航员可能比其他宇航员更容易受到辐射。

美国国家空间生物医学研究所 (NSBRI) 副首席科学家 Dorit Donoviel 表示：“由于女性的寿命通常比男性长，根据 NASA 的预测模型，如果接触的辐射量与男性相同，女性在一生中患癌症的可能性会大大增加。计算结果表明，女性可能不适合前往火星，因为在任务期间，女性的累积辐射量将超过最高允许的 3% 的终生癌症风险。”

火星还是破产？

所有这些看起来可能令人沮丧，但它凸显了我们在前往火星之前需要克服多少障碍。美国宇航局承认他们也没有做好准备，该航天局目前正在向公众征集如何确保火星宇航员安全的想法。这项名为“火星之旅挑战”的比赛将向三名获胜者奖励 5,000 美元，他们想出了开发维持人类在红色星球上生存所需元素的方法。

美国宇航局在挑战赛声明中表示：“这可能包括住所、食物、水、可呼吸的空气、交流、锻炼、社交互动和药物，但鼓励参与者考虑这些之外的创新和创造性元素。”

目前 SpaceX 的火星任务计划还不得而知，但首席执行官埃隆·马斯克表示，他希望在今年晚些时候公布细节。然而，美国宇航局局长查尔斯·博尔登向 SpaceX、Mars One 以及所有其他怀揣着探索太阳系第四颗行星的宏伟梦想的私营公司发出了一条信息：你们需要帮助。今年 4 月，在一次以太空和技术为重点的美国众议院委员会会议上，博尔登表示，尽管面临挑战，但他对美国宇航局登陆火星的努力充满信心，不过他对所有私营企业都不太有信心。“没有美国宇航局和政府的支持，任何商业公司都无法登陆火星。”

安迪·威尔的处女作《火星救援》也探讨了在火星栖息地长期生存的挑战，该书将于今年晚些时候由好莱坞搬上荧幕。小说讲述了宇航员马克·沃特尼的故事，他的队友误以为他已经死了，便离开了火星，沃特尼独自在火星上挣扎求生。沃特尼必须克服重大障碍，比如自己种植食物和寻找获取水的巧妙方法。威尔的观点与 NASA 一致：即使你拥有所有正确的技术，你也无法为一次完美执行的任务做好准备。“火星之旅最重要的是要考虑失败的可能性，”他说。“你如何确保任务计划考虑到这方面和那方面？在写这本书时，我发挥了我的想象力，思考‘嘿，什么可能会出问题？’但还有几件事、几个问题我们还没有解决。”

尽管韦尔的书关注的是最糟糕的情况，但他相信我们终有一天会到达我们的邻居；只是需要花费大量的时间和金钱。“到达火星是一项艰巨的任务，我认为我们目前的技术还不足以完成它，”韦尔说。“但我们可以。它终将实现。”