太空探索的道路充满挑战 —— 从影片《火星救援》谈移民火星

    7月23日，随着“胖五”（长征五号运载火箭）点火升空，倍受全球瞩目的中国首次火星探测任务“天问一号”正式启程。预计约7个月后，“天问一号”火星探测器将抵达火星附近，进入环火轨道，并择机着陆火星。     “天问一号”在社会上掀起了“火星热”，也使2015年上映的一部美国科幻电影《火星救援》再次进入人们视野。     影片发生时间设定在2030年，几名宇航员首次登陆火星，却遭遇了火星大风暴，其中，宇航员马克·沃特尼被误认为遇难，留在了火星上。马克其实并没有死，醒来时发现自己成了“火星鲁滨逊”，要面对如何在火星自救这个艰难命题。乐观坚强的马克开始绝地求生，在火星上开启了自给自足的农夫生涯，想尽办法发出求救信号，终于联系上地球总部。在历经549个火星太阳日后，马克安全回到了地球。     影片中对火星的探索设想并非完全虚构，拥有强烈好奇心和探索欲的人类，早已将目光投向这个除金星之外离地球最近的行星。     在科学家们的眼中，火星是一个非常有潜力的移民基地，这源于火星自身的条件特征。火星与地球在某些方面很像，半径约为地球一半，表面积相当于地球的陆地面积，具有和地球差不多的自转，一年相当于地球上两年，也有分明的四季。火星还有稀薄的大气，95%是二氧化碳，氧气只占很少一部分。近年来，人类接连发现火星上存在液态水的证据，2018年美国宇航局更是宣布在火星上发现有机物存在的确切证据。这样的自然状态虽然并不适合人类居住，但与其他星球相比，已是“可造之材”。     若想移民火星，登陆火星是第一步，怎么才能到达这颗红色星球呢？火星距离地球最近时约5500万公里，但是走直线上去是行不通的，因为以人类目前所掌握的技术还造不出有那么强大推力的火箭，要巧妙利用太空中其他能量来加速航天器，这就要用到“引力弹弓效应”。这是航天器进行行星际飞行常用的方法，指利用行星的重力场给航天器加速，把行星的动能“偷”一点过来，将航天器甩向下一个目标。在影片中，地面中心的科学家们就是利用 “引力弹弓效应”对飞船进行变轨加速，才使其利用有限的燃料重返火星，成功营救马克。     登陆火星后，首先就要建立火星基地。影片中，马克生活的居住舱并不是虚构的，它的原型是美国宇航局的“人类探索研究模拟装置”，看起来有点像高端“大棚”，它却能够提供适宜人类生存的环境。未来火星基地也要建立类似的“大棚”，以防止人类被辐射死、憋死、冻死、或者砸死…….     持续稳定的氧气供应同样是移民火星的重要基础。火星上存在大量氧化铁等氧化物质，理论上可以还原出大量氧气。在影片中，马克在他的居住舱中使用的氧合机就是一种利用电力把二氧化碳变成氧气的装置。科学家们目前正在研究火星氧气生成技术，在火星上制造氧气或成现实。     解决了呼吸问题，下一步就是生命之源——水。影片中，马克利用剩下的液态联氨（常用火箭燃料）分解成氮气和氢气，并小心地燃烧氢气获得水。实际上，在影片即将上映之际，人们就已经发现了火星上存在液态水的证据：2015年，通过光谱数据，科学家们推断火星上存在液态水；2018年，在火星中纬地区发现大量地下水冰，后来在南极冰盖下面发现可能存在盐水湖。虽然目前来看，利用火星上的水资源还有困难，但是存在便有希望。     影片中，马克在火星基地里制氧造水种土豆，建立起一个可以支撑数年的小生态系统，完成食物和排泄物之间的循环。实际上，火星土壤和地球土壤有很大差别，甚至是有毒的，但是一些科学家还是报以乐观态度，认为以现在的技术对火星土壤进行改良，让其能够支持更多的植物生存并不是难事。     人类移民火星的梦想不是一蹴而就的，尽管目前看来困难重重，但这并不意味着永远不行。科技不断发展，宇宙中会有更多的不可能变为可能。     探索火星的道路将充满挑战，但这种探索和冒险精神，才是人类社会蓬勃发展的原生动力。     （作者系中国科技馆资源管理部工程师）