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宇航員慘遭小伙伴遺棄，在火星獨力求生一年的科幻故事，被好萊塢拍成《火星救援》，上映一周全球吸金2億美元票房。和去年的文藝大片《星際穿越》相比，紀錄大片《火星救援》充滿了大量扎實的技術(shù)細節(jié)，深受理工男喜愛。
與其說這是一部科幻大片，倒不如說這是NASA與好萊塢合謀的一部科教宣傳片，因為其中的大部分科技都是真實的，而NASA真的計劃在20年后把人送上火星，屆時執(zhí)行的就是影片中的任務。
如果你看電影時足夠細心的話，應該會想到了什么——沒錯，片中故事的發(fā)生時間，正是2035年。
一：居住艙（Habitat）
在火星表面，男主馬克·沃特尼（馬特·達蒙飾演）大部分時間待在居住艙聽歌，這是他遠離地球的家。以窗外飛沙為伴，度過一個個火星日。
NASA的人類探索研究模擬器（HERA）是一個模擬外太空居住艙的獨立空間。這個兩層樓的空間由生活區(qū)、工作區(qū)、衛(wèi)生艙和一個模擬氣閘組成。在其中，測試對象們需要執(zhí)行操作任務，完成負載目標，并共同生存60天，在孤立環(huán)境中模擬未來的任務。
二：太空農(nóng)場（Plant Farm）
貨運飛船可以給國際空間站提供食物，然而火星上的宇航員可叫不了星際外賣，因為運輸至少需要九個月。他們必須自己種莊稼作為穩(wěn)定的食物來源。
在《火星救援》中，馬特·達蒙把居住艙變?yōu)橐粋€自給自足的農(nóng)場大棚，用合成水澆灌的土豆成為第一種火星主食。土豆是畝產(chǎn)淀粉最高的作物，但缺點是需要大量的灌溉。片中馬特·達蒙生產(chǎn)水的方法，是用聯(lián)氨（常用火箭燃料）在銥催化下分解成氮氣和氫氣，然后小心地燃燒氫氣獲得水。
之前發(fā)射的勇氣號、機遇號等火星探測器表明，火星土壤中有足夠的鈉鎂鋁、磷鈣鐵，只是缺乏氮，而這正是人類糞便中的豐富成分。所以馬特·達蒙用自己的便便給土豆施肥的確可行。
現(xiàn)在國際空間站中已經(jīng)可以種菜了。使用紅、藍、綠光作為光合作用的能量來源，植物生長在一個個類似枕頭的小袋子里，內(nèi)含基質(zhì)和肥料，表層有微孔進行毛細作用。2014年，宇航員使用這個太空種植系統(tǒng)種出了紅生菜，標志著太空農(nóng)業(yè)的巨大進步。
三：再生水（Water Recycling）
火星表面沒有湖泊、河流或者海洋，也不能指望從地球運水。無論在太空還是火星，一滴汗、淚甚至是尿都不會浪費。
在國際空間站，環(huán)境控制和生命支持系統(tǒng)無處不在地對水進行再生和循環(huán)，包括尿液，洗手水，漱口水以及其他來源。通過水再生系統(tǒng)（WRS），水被回收過濾再次使用。某宇航員委婉地舉例：“今天的咖啡（niao）就是明天的咖啡。”
四：氧氣發(fā)生器
對于宇航員，最不可或缺的不是水和食物，而是一分鐘都離不開的——氧氣。
在火星上，馬特·達蒙隨身攜帶氧氣發(fā)生器，這是一個利用火星升空飛行器（MAV）的燃料發(fā)電機把二氧化碳變成氧氣的系統(tǒng)，系統(tǒng)通過電解反應，從水分子中分解氧氣。
五：火星宇航服（Mars Spacesuit）
火星不歡迎人類。沙塵暴、嚴寒，沒有任何可呼吸的空氣。穿著宇航服在艙外采集樣本，甚至在火星表面長途跋涉，靈活可靠的宇航服必不可少。
NASA正在研發(fā)能夠支持在火星使用的宇航服，抵御瘋狂的火星沙塵，適合從火星漫步到巖石采樣的一切需求。宇航服設(shè)計工程師在硬復合材料和纖維間進行權(quán)衡，尋找耐用性和靈活性的平衡。NASA最新的標準宇航服Z-2，有朝一日將穿在第一個登陸火星的宇航員身上。
六：火星車（Rover）
一旦宇航員在火星著陸，他們至少得在那里居住一年以上，在周圍地區(qū)開展實驗和探索工作，等到地球和火星運行到最小距離點時返回地球。為了走得更遠，他們需要一部超級耐操的太陽能電動SUV——火星車。
片中， 馬特·達蒙駕駛他的火星車在異星荒漠縱橫3200公里，甚至對火星車經(jīng)行了非傳統(tǒng)的改裝，把居住艙的大部分家當都拖上了車。
在今天的地球上，火星車叫做“多任務空間探索車”（MMSEV）。雖然造型不如電影中酷炫，但基本結(jié)構(gòu)和功能是完全相同的。和早期不載人的小型火星探測車一樣，火星車具備經(jīng)典的6組輪胎設(shè)計，在崎嶇的火星地表能夠任性地翻山越嶺。如果一個輪胎爆胎，會自動升起輪胎然后繼續(xù)行駛。
七：離子引擎（Ion Propulsion）
在《火星救援》中， 赫爾墨斯號飛船需要9個月時間往返火星，使用離子推進引擎穿越了將近5億千米的空間。
離子推進是將氬氣或者氙氣電離，并以35萬公里/小時的高速噴出。最初的推進像微風一般輕柔，但通過年復一年的持續(xù)加速，飛船終將達到驚人的速度。更重要的是，離子引擎的燃料利用效率是傳統(tǒng)化學燃料發(fā)動機的10倍。
今天，這項技術(shù)使NASA于2007年發(fā)射的黎明號（Dawn）無人探測器完成了超過五年的持續(xù)加速，達到了每小時4萬公里，超過了現(xiàn)有的任何飛船。一路上，它已經(jīng)完成了人類對灶神星、谷神星的第一次造訪。
八：太陽能電池板（Solar Panels）
火星上沒有加油站和發(fā)電廠，也幾乎沒有風，只有太陽能幫上大忙。在陽光下時，光伏轉(zhuǎn)換陣列收集能源，為鋰離子電池充電。
國際空間站的四套太陽能電池陣列能產(chǎn)生84~124千瓦的電，相當于地球上四十戶人家的用電量。其實空間站并不需要那么多的電，但如果出了問題，冗余系統(tǒng)有助于降低風險。
太陽能發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)非常成熟，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。
九：引力彈弓（Gravitational Slingshot）
影片中，當救援計劃一再受挫，改變男主命運的天才人物終于出現(xiàn)了：黑人小哥。
作為一名軌道工程師，黑人小哥的絕妙點子是讓即將返航的赫爾墨斯號飛船過家門而不入，從地球背面轉(zhuǎn)一圈再出發(fā)到火星，利用引力彈弓效應（和地球交換動量）變軌并提高速度。這是當今航天領(lǐng)域的常識，也是科幻小說中的慣用伎倆，連看熱鬧的科幻迷都能想到。不過影片中居然連NASA高層都需要小哥科普才明白，還裝模做樣地動用了超算中心驗證計算，只是為了戲劇效果+觀眾科普。
圖為片中赫爾墨斯號飛船采取的軌道。綠色是任務開始時從地球到火星的軌道，黃色是第一次離開火星的軌道，它在圖中*號處開始變軌，在數(shù)字3處利用地球引力大幅改變軌道，在4處飛越火星，救回男主。
十：放射性同位素熱電發(fā)生器（RTG）
RTG是一種將放射性同位素钚-238的輻射熱量轉(zhuǎn)化為電力的“太空電池”，發(fā)電功率可達110瓦（好奇號火星車），其實只能點亮一只普通燈泡。為什么渾身高科技逼格的宇航員要帶這么low的電池呢？因為RTG電池用的是核能，用上幾百年都不會沒電！
在影片中，宇航員們把钚RTG埋在離他們的居住艙很遠的地方，以防核泄漏發(fā)生。其實，RTG本身有堅固的防護層，即使遭遇嚴重事故也不至于泄露。RTG主要發(fā)出阿爾法射線，并不會穿透衣服或者人類皮膚，只有當它被分解成微粒或蒸發(fā)，并被吸入或攝入的時候才會對健康產(chǎn)生危害。而這種同位素是以陶瓷形式制造的，不溶于液體，因此被吸入和攝入的可能性微乎其微。
現(xiàn)實中，在火星上提心吊膽地擔心核泄漏是沒有意義的。火星環(huán)境中的自然輻射比起RTG產(chǎn)生的輻射，對健康危害要大得多。除了輻射，還有沙塵暴、宇航服破裂、被小伙伴遺棄等各種死法……
2030：火星漫游
科教宣傳片拍完了，NASA的下一步計劃是玩真的：2030年前后將人類送上火星，早已登上了NASA的時間表。參考NASA于10月8日的公開報告：《火星之旅：探索太空的下一階段》（Journey to Mars: Pioneering Next Steps in Space Exploration）。
早在2000年，NASA就把國際空間站作為未來太空探索的基地。國際空間站離地球400公里，作為太空中的補給站再合適不過。未來10年，NASA將在地球與月亮之間建立實驗基地，測試外太空居住系統(tǒng)。最終目的，就是讓宇航員在2030年首次完成火星登陸。
再往后，SpaceX很可能會啟動霸道總裁埃隆·馬斯克雄心勃勃的火星移民計劃：把100萬地球人帶上火星，建立一個新的文明。2013年，火星移民被荷蘭人巴斯·蘭斯多普包裝成“火星一號”的騙局，通過商業(yè)炒作風靡世界，騙了近10萬人，“去火星”一度成為人們的笑柄。但是對于還未出生的下一代人來說，這顆紅色星球?qū)⒉粌H僅是夢想。
坐著SpaceX飛船去火星上開特斯拉，將會是怎樣一種體驗？
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