“火星五百天”生存有道 天文学家详解《火星救援》
“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。