《火星救援》中照亮未來的10大高科技項目

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11月25日，《火星救援》正式在國內上映。這部歸屬硬科幻的《火星救援》影片其實是以科學為基石，模擬2030年NASA的太空旅行。雖然安迪.威爾筆下描寫的是二十年後的世界，現在的美國NASA其實正在研發許多小說中出現的科技設備。毫無疑問，科幻...11月25日，《火星救援》正式在國內上映。這部歸屬硬科幻的《火星救援》影片其實是以科學為基石，模擬2030年NASA的太空旅行。雖然安迪.威爾筆下描寫的是二十年後的世界，現在的美國NASA其實正在研發許多小說中出現的科技設備。毫無疑問，科幻作品與現實世界的時差已越來越小。下面介紹10項NASA正在研發的高科技項目。

01.【火星居住艙】（Habitat）
----《火星救援》的故事發生在2030年，那時火星上已經建成了載人火星基地，並且已經執行了3次戰神任務。戰神4號的火星着陸器已經發射到了火星上。居住艙是馬克沃特尼及其他隊員在火星上的家，是小說中主要場景之一。類似空間站的居住艙備有完備的載人環境，航天員在艙內僅需穿着艙內服。
▼電影中的火星基地居住艙

----在真實世界中，航天員在林頓詹森太空中心（HERA）進行地外星球生存模擬訓練，為長期任務做訓練。HERA擁有完全獨立的生存系統，這個兩層的居住艙內有起居空間、工作站及模擬氣閘艙。HERA提供有用的生命維持系統數據，幫助NASA了解該如何改進相關的深空居住系統設計。
▼林頓詹森太空中心隸屬NASA，位於休士頓。中心內的HERA簡單說就是一個模擬居住艙，類似我國的月宮一號。

02.【作物農場】（Plant Farm）
----農業是太空科學重要的研究項目。電影中馬克沃特尼把部分居住艙改造成可自給自足受控生態的小農場，通過吃馬鈴薯維持了幾百天的生命，從而獲得了被隊友營救的時間。
▼火星有史以來第一個太空農村，好溫馨的畫面

----在今天的國際空間站上，航天員擁有豐富的太空補給；但在六千五百萬公裡外的火星，航天員就像馬克沃特尼一樣必須自給自足，因為糧食補給最快也要九個月后，靠化學推進劑前往火星最快也要270多天的行程。在近地球的軌道上，生菜是最容易生長的農作物。在國際空間站 ISS 上，蔬菜屬於極具開發潛力的新鮮食材，只要使用有色光源控制，蔬菜就會地生長，供航天員食用。目前，NASA正積極開拓可種植的作物種類，以確保未來登陸地外星球的航天員能夠滿足營養需求。
▼航天員正在國際空間站的實驗室中收成生菜，特殊紅光是專門栽種太空生菜的必需品

03.【再生水回收系統】（Water Recovery System）
----火星沒有淡水湖泊，航天員需要自行製造水。聰明的馬克沃特尼不曾浪費一滴水資源，在沒有任何外來救助的情況下，他利用着陸器中的推進劑研發了一套水供應系統，盡可能地收集所有水以求自己生存和種植馬鈴薯用。

----水資源實在太珍貴。在國際空間站上，同樣沒有一滴汗水、眼淚或尿液會被浪費。通過這套再生系統，艙內的水份會不斷被過濾、淨化。有位航天員這麼說過：「今日的咖啡來自昨天的咖啡。」
04.【制氧系統】（Oxygen Generation）
----除了住所、食物和水，在火星上生存還有一項重要的條件：氧氣。火星上沒有氧氣，馬克沃特尼無法隨意進行艙外活動，他必須隨身攜帶氧氣供應設備，比如穿着艙外服或者躲在火星車內。
----國際空間站也備有相同的制氧系統，以電解方式分離水分子中的氧氣和氫氣。氧氣就這麼被釋放到空氣中，至於氫氣則進入制水循環系統。目前NASA正致力於將更多空氣中的殘餘物質（副產品）轉化為可用的氧氣。
▼由俄羅斯設計的制氧機（source via）

05.【火星艙外服】（Mars Spacesuit）
----火星自然環境對人類的生存並不利，那裡氣體稀薄並且極其寒冷。航天員若要在火星上進行各種採樣探測任務，必須穿着火星艙外服。艙外服也是電影中馬特沃特尼的必備之物，相當有創意的馬特沃特尼把它的功能發揮的淋漓盡致，令人拍案叫絕。
▼《火星救援》中的艙外服，可以在左手臂上看到生命指數顯示屏。

----NASA也正在努力研發適用於火星的艙外服，設計師需要詳細研究火星的各種極端環境，以便製作出配合任務需要的艙外服。火星上那些大量的火星塵埃也是漫遊火星的一大難題，過量的塵土會嚴重影響航天員和火星車以及通信能源系統的工作。因此，NASA設計出一套特殊裝置，讓航天員可以從背部脫掉艙外服進入居住艙，把艙外服留在外部，以防火星塵埃污染居住艙。
▼NASA最新的火星艙外服Z-2

06.【火星探測車】（Rover）
----火星探測車是電影中馬克沃特尼的救生工具，就依靠它找到了兩個無人漫遊車，進行改造恢復了跟地球的通信。此外也是乘坐它到達了戰神4號的着陸器附近，並進行了大量的改造。
▼電影中的火星探測車，有六個大大的輪子，可以側開車門

----航天員登陸火星后，就必須在那裡待上整整一年，因為地火的相對運動，一年後的距離最短才是返程的最佳時機。因此，航天員將會有大量時間來進行各種地質考察、原位資源利用等科學考察活動。NASA通過研發火星車來增加航天員的活動範圍。影片中的火星車被設計的相當強大，能夠翻山越谷，頑強的足以應付的火星的惡劣環境，以及各種突發狀況，簡直就是個移動的居住艙。
▼NASA目前仍致力打造能適應各種地面狀況的火星探測車，Multi-Mission Space Exploration Vehicle（MMSEV）

07.【離子推進器】（Ion Propulsion）
----在《火星救援》中，戰神三號計劃的成員所搭乘的赫密斯號，就是利用離子推進器（核推進）來完成地火轉移運輸。核推進比沖高，可以節省大量的攜帶推進劑，是當前正在研發的載人深空探索關鍵技術之一。
▼NASA目前正持續研究的離子推進器

----美國NASA在2007年發射的Dawn Spacecraft，便是使用這項技術打破其他探測器的記錄，首次光臨兩顆行星（穀神星以及灶神星）。
08.【太陽電池板】（Solar Panels）
---火星上沒有石油，沒有風，太陽能因此在太空任務中扮演極重要的能源系統角色。龐大的赫密斯號就是運用太陽能電池板作為能量，馬克沃特尼也多次使用太陽能電池板給火星車充電進行長途旅行。
----國際空間站擁有足以讓40個家庭使用的太陽能電池板。其實國際空間站並不需要這麼多的電力，但富裕的電能可以多做試驗，並且減輕任務失敗帶來的危害和風險。NASA現階段的獵戶座載人飛船，採用了柔性的太陽電池帆板。
▼ISS的太陽能面板相當穩定，從2000年首批航天員被送上ISS起，它就一直供電到現在

09.【放射性同位素電源】（Radioisotope Thermoelectric Generators，RTG）
----四十年來，NASA已經使用「放射性同位素電源」支援超過20次的太空任務，包括火星探測車好奇號，以及即將發射的無人火星探測器Mars 2020，都是使用這項新技術。
▼大致呈圓筒狀的RTG

----我們可以把「放射性同位素電源」視為一種太空電池。同位素是在衰變過程會產生大量的熱能，RTG便將這些熱能轉換成電能，它會發射極強的輻射射線。因此影片中的火星航天員們把他們埋在離居住艙很遠的火星土裡。
----現實中的RTG以多層堅固的高科技材質包裝，即便發生災難性事故也不會產生泄露。RTG以放射α射線為主，α射線僅能在空氣中移動數英寸，並且無法穿透衣物或皮膚。除非射線被分化成更細小的顆粒或蒸發，被人體吸入后才會產生影響。RTG中的同位素通常被製成陶瓷顆粒狀，所以一般來說不太可能被人體攝入。
▼RTG試驗

----科學家正在竭力分析火星上的輻照環境，以便為航天員設計有效的防護系統。為能在火星上生存，未來的火星航天員們需要絕對可靠又耐用的電源。
10.【人工重力】（Artifical Gravity）
----載人登陸火星的過程中，航天員處於長期失重飛行的狀況，對航天員的生命形成威脅。在影片的赫密斯號就擁有一個超大的輪狀物體，不停的旋轉，它就是人工重力生成裝置，通過離心機的原理可以產生1/3g的重力，從而減緩失重對航天員身體健康的影響。

----實際上NASA的科學家們也正在加緊研究人工重力的生成裝置，以及通過在國際空間站上的任務，來研究長期飛行對航天員的生理、心理影響以及醫監醫保和健康監測方面的有效措施。
編后語
《火星救援》這部小說深受NASA高層的推崇，在改編的電影中NASA科學團隊一直在參與指導，因此電影中有精準的科學數據。這部影片重燃了人們對載人航天的興趣和熱愛，也激發人們深深的科學思考。與其說這是一部科幻電影，不如說這是《NASA載人火星探測參考任務5.0》的科學記錄片！放到2030年來看，這就是現實，推薦一觀！

[圖擷取自網路，如有疑問請私訊]