听说火星的土壤能直接盖房?最全火星生存干货

mengli1007

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作者：中国科普博览文字取材于科普中国作品《《火星救援》：火星生存一千天》
移民火星一直是很多人的未来的梦想，且不说有生之年能否实现，单就在火星上如何生存，就是一个大问题，衣食住行，方方面面都要考虑到。比如，总是要有房子的嘛！在地球上我们尚且为了房子奋斗终生，更何况是火星：连毛坯房的材料都还没找到呢...
不过，最近科学家有一个“酷炫”的发现：火星土壤或许能直接充当建筑材料。
这项材料科学的研究报告称，他们模拟了火星壤，也就是化学成分与火星土壤极其相似的物质，可以被压缩成固体，而这种固体具有充当建筑材料的潜力。他们研究团队还发现，火星土壤中常见的纳米颗粒氧化铁在这一过程中充当了黏合剂。由此科学家认为，火星上的自黏性土壤可被进一步压缩成高强度的结构材料。
厉害了！这也就是说，未来移居火星的话，我们可以直接就地取材建房子了？
但是房子不能解决所有的问题，怎么生存下去呢？
居住舱——火星上的家
上面说了建房子，但建造之前，总还是要有个临时住所---居住舱。居住舱具有温度、湿度和空气调节功能，航天员在居住场内活动不需要穿着笨重的舱外宇航服，他们可以穿得和地面上一样。这是人类未来探索火星之前，必须要解决的重要前提。
航天员在火星表面开展地质考察，人与机器人的相互协作是必然需要
现实中，NASA在休斯敦的约翰逊航天中心建立了火星生存模拟系统，航天员在那里进行训练，为在火星上长期生存做准备。火星生存模拟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。根据实验效果，目前这套系统还在进一步改进，以适应未来的火星表面生存和作业。
火星上的辐射怎么办？
这个问题...其实....至今...还真没有研发出来适当的防护手段。
实际上，在载人前往火星的途中，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，很难防护，普通的飞船外壳基本上无法阻止它们，即使是30厘米厚的铝板，防护效果也极为有限，严重威胁航天员健康。
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，能量比银河宇宙射线的能量要低得多，持续时间较短，利用飞船外壳可以进行有效防护。预测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，航天员可以躲进庇护所，抵御来自太阳的高能粒子。
在载人登陆火星前，科学家希望了解火星上的辐射环境，以便为航天员设计有效的辐射防护系统。2011年11月26日发射的好奇号火星车搭载了一台辐射评估探测器（RAD），测量飞船内部的高能粒子辐射环境，目的是为未来载人火星旅行提供基础数据。根据2013年5月31日发表在《自然》杂志上的文章，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。
太阳系中充满了太阳风和宇宙射线等太空辐射，对人类和生命健康造成了很大威胁，因为地球磁场的防护，人类才得以在地球上长期生存
随着科技的进步，未来有可能会发现一些新型的轻质材料，或许会比铝板具有更好的防护效果。但即使找到这种新型防护材料，也只能降低部分辐射剂量，穿透防护材料的射线仍然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要难题。
但也不是完全没办法，可以就近利用火星土壤，加入粘结剂固结成型，或用包装物填充火星土壤，一定厚度的土壤将可以有效地降低太空辐射对航天员的危害。
水与氧气怎么来？
水是生命之源，火星上的水资源实在太珍贵了，没有水航天员在火星上将完全无法生存。虽然水在太阳系中非常丰富，火星上也曾经有过大规模的水，以及许多河流和湖泊。但现在的火星上还没有找到可用的水源，NASA刚刚宣布发现的火星液态水也只是含有高氯酸盐的有毒卤水，分布在少数的火星撞击坑陡坡上。航天员火星生存所需的水仍是一个困难，因此再生水回收系统就变得非常重要。
在国际空间站，同样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”，这种隔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。利用这套再生水回收系统，国际空间站内收集的水分经过过滤、净化后循环利用。
在纪录片荒野求生和地震救援中，很多人甚至靠喝尿液才得以生存下去。其实，这一幕每天都在国际空间站上演……
有位航天员曾经形象地说过，在国际空间站上，我今天喝的咖啡就源自昨天喝下去的咖啡...
航天员正在展示国际空间站再生水回收系统的杰作—用各种废液生产的纯净
除了住所、食物和水，在火星上生存还有一项重要的条件：氧气。
火星上没有氧气。未来月球生存所需的氧气，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。
吃什么？能种蔬菜吗？
温馨提示：前方高能，有心理障碍者，请撤离
要想种植作物，首先需要培养土壤。火星土壤与地球土壤的物质组成基本相同，但是地球土壤里有微生物群落，某些特定的养分只能通过微生物来提供，而火星土壤中没有微生物。
但是，航天员的粪便经脱水、灭菌后装进密封袋里，再遗弃到火星表面。现在，这些粪便将发挥重要作用。虽然这些粪便已经完全不含微生物了，但还有复杂的蛋白质。
仅有粪便作为肥料是不够的。地球土壤中有几十种不同的微生物，而火星土壤中没有。需要在粪便中加入火星土壤铺开，再加入一点地球土壤，让地球土壤中的微生物感染火星土壤，这些微生物至关重要，是作物生长的关键。一周之后，火星土壤就会被改造成充满微生物的地球土壤，支撑作物生长。每周被改造的土壤规模都会增加一倍。
在空间站上，蔬菜属于极具开发潜力的新鲜食材，只要用有色光线控制，蔬菜就会乖乖生长，按时供航天员食用。其中生菜是最容易种植的蔬菜品种。
没有任何微生物的火星土壤
说来说去，到底什么时候移民火星？
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。我们在20世纪实现了载人登陆月球，人类第一次有能力登陆地球之外的另一个天体；21世纪的上半叶，人类将实现登陆火星的梦想，这将是人类航天史上最重要、最复杂的太空计划，将对人类的未来产生深远影响。
作为深空探测的后起之秀，面对世界航天发展的新形势，中国也正在积极规划自主火星探测，试图在人类探索太阳系的征程中做出与大国地位相适应的贡献。
载人登陆火星的宏大目标已经成为全人类的共同梦想。然而，人类探索火星的道路将充满挑战，但这种挑战和冒险精神，才是人类社会蓬勃发展的原生动力。基于对科学发展战略的认识，我们不妨作一个大胆的预测，人类将在未来20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。实现载人登陆火星后，长远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。