人类可以在火星上生活吗?可以实现的技术

几十年来,人类对火星的殖民一直是科幻小说中的热门主题。但是,近年来,将人类送往火星生活的可能性变得非常现实。

随着多家私营公司和政府机构在这个领域开展工作,我们可以看到人们在不久的将来被送往火星。但是需要什么技术来实现它?

在本文中,我们将了解一些使人类能够在火星上生活的技术。

核动力

第一步是能够到达火星。从地球到火星的平均距离约为 1.4 亿英里,目前需要 6 到 8 个月的时间才能完成这次旅行。前往火星的交通工具必须在这段时间内、在火星上的时间和返回旅程中维持一小到中等人群。

旅程越长,旅程就越昂贵、困难和危险。燃料、生命支持系统和食物都必须持续这段时间。因此,为了加快行程,NASA 正在研究更有效的推进系统——使用核热推进。

核热推进的效率是当前技术的两倍。像液态氢这样的推进剂通过核反应堆加热。当氢气转化为气体时,它通过喷嘴提供推力,推动航天器。

充气隔热罩

由于航天器必须非常大才能支持人们前往火星的旅程,因此着陆将非常困难。由于火星大气与地球相比存在差异,因此尤其如此。因为它更薄,航天器的下降速度会比地球上快得多,而降落伞等典型技术无法减缓下降速度。

目前,隔热罩是刚性金属结构,在重新进入大气层时会承受热量的冲击。由于速度如此之高,摩擦会导致航天器前部产生巨大的温度。隔热罩将热量从航天器辐射出去并保护下面的航天器。这种隔热罩实在是太笨重了,无法适用于人类运送到火星所必需的大小的航天器。

这就是充气式隔热罩的用武之地。一种像 NASA 正在开发的充气式隔热罩,可以极大地改善这一过程。这种充气式隔热罩被称为充气减速器的低地球轨道飞行试验 (LOFTID),宽 6 米,由比钢强 15 倍的合成纤维制成,旨在在航天器进入火星时展开和膨胀大气层。与传统隔热罩相比占用的空间更少,但膨胀时更大,将使我们能够安全降落在火星上。

保护火星大气

火星的地貌不适合人类居住。科幻小说为这个问题提供了大量的解决方案。但在现实生活中会是什么样子呢?

火星大气更稀薄、更冷,由超过 95% 的二氧化碳组成,只有 0.13% 的氧气。而且,辐射水平要高得多。这意味着人们将不得不生活在自给自足的栖息地中。

首先,栖息地必须能够产生和回收适当比例的供人类呼吸的气体。建议的主要方法是回收火星大气中存在的氮气和氩气,并向其中添加氧气。该比例可以是 40% 的氮气、40% 的氩气和 20% 的氧气。

但是为了从大气中获取这些气体,必须从空气中“洗涤”(去除)二氧化碳。此外,需要通过从火星上已经存在的水中去除氧气或将其从地球带来来生产氧气。

最后,随着火星上增加的太阳辐射,火星居民需要某种辐射防护。两种建议的方法是辐射屏蔽(它很重且难以从地球运输到火星)或生活在火星洞穴或熔岩管的地下。正是出于这个原因,正在开发一种充气“门口”,它可以提供地下系统的密封部分。

保持温暖和保持健康

火星上的平均温度为 -80 华氏度,或 -62.2 摄氏度。温度可能会剧烈波动;虽然晚上可能是 -100ºF (-73ºC),但白天的温度可能会达到 +70ºC (c.21ºC)。这意味着温度控制将是火星栖息地的主要挑战之一。

火星上的引力非常微弱(只有地球引力的 38%)。较弱的重力意味着生活在火星上的人失去骨密度的机会更高,这大大增加了骨折的机会。这还不包括在火星之旅中在零重力环境中度过的几个月。

为了在微重力环境中长期生存,宇航员需要坚持锻炼。美国宇航局正在探索太空服,以增加抵抗力来抵消这一点。与此同时,美国和俄罗斯的宇航员正在空间站进行为期一年的研究,以便我们更好地了解低重力对人体的影响,以及我们是否能够适应。

水、食品和燃料生产

火星上确实存在水,尽管其中大部分是盐分。这意味着海水淡化对于使水可以安全饮用是必要的。假设所有的水都会被回收利用,因为这比收集和淡化更多的水更节能。但是植物呢?

火星表面拥有种植植物所需的所有成分。它含有植物生存所需的水和有机化合物。但它没有热情好客的气氛。能够有效产生适合植物生长的大气的温室将是重中之重,因为这将是在火星上生产食物的唯一途径。

我们提到的一切都需要燃料来产生能量。最有可能的燃料生产方法是再次利用火星上已经存在的水。水可以分解成氢气和氧气。氧气可用于营造宜人的氛围,而氢气则是一种有效的推进剂。因此,在派人之前,有必要准备一个自动化的氢加工厂,以确保燃料可用。

那么,人类可以在火星上生活吗?

答案是肯定的——但并不容易。途中有许多具有挑战性的障碍。往返火星、在恶劣的环境中生存以及生产食物、水和燃料是主要挑战。

尽管这听起来难以逾越,但科学家们对此持乐观态度。事实上,埃隆·马斯克曾表示, SpaceX最早可能会在 2024 年将宇航员送上火星。虽然最初的几次任务可能只涉及在火星上短暂居住,但这仍然是一项了不起的壮举!