互动科普

从NASA的一系列火星探测项目，到招募火星志愿者，再到《火星救援》热映，人类奔赴火星的日子真的不远了吗？据报道，我国的火星探测项目也正在立项中。本刊记者方晨和嫦娥三号副总设计师贾阳一起畅想了令人激动的火星探测和开发图景。

贾阳

1970年生，吉林梨树人。中国空间技术研究院总体部研究员，嫦娥三号探测器副总设计师，博士，博士生导师。长期从事航天器系统设计、系统验证工作，以及任务规划、遥操作、热控制技术等方面的研究工作。在温度场仿真、同位素能源利用、试验验证方法研究、立体视觉技术应用、巡视器定位技术研究等方面发表文章一百余篇。目前正在从事地外天体巡视探测器的总体设计工作。

火星适合人类生存吗？

科学世界：科技发展日新月异，人类定居火星的梦想有望在多久的将来实现？

贾阳：具体的时间很难估计。即便是在人类科技发展迅猛的今天，如果想在南极这样的严寒地带建设一个永久性定居场所，难度仍然很大。然而南极除了温度比较低，与火星近似外，水资源、氧气、辐射防护等方面都比火星优越得多。所以说，火星移民目前还只是设想，我们还没有能力实现，甚至没有能力准确估计这项工程的困难程度。但是基于现在的科技水平，展望火星探测和开发的可能性，也是很有意思的。

科学世界：火星上的温度、光照是否适合人类生存？

贾阳：太阳系内,其他星球不是距离太阳过近（例如水星、金星），就是距离太阳太遥远，要么炎热无比，要么极端寒冷，从这个角度看，火星是太阳系内除地球外，最接近“宜居带”的行星。

火星的温度水平应该算不是非常恶劣的。高温可以达到27℃，但不是所有地方都能有这个温度；低温会低至-103℃。这是火星表面的温度情况。在火星土壤下面，不用太深，就应该能达到一个近似恒温层的地方，温度水平虽然是在0℃以下，但没有表面的那种波动。所以我觉得火星上人类生活的城堡，应该是半地下的，可以节省能源。这就像咱们东北挖地窖的道理是一样的。

温度控制的方法可分为被动式和主动式两类。被动式热控制是依靠选取不同的材料和合理的结构布局来处理热交换过程，简单可靠，是热控制的主要手段。例如在外壳表面覆盖特殊的温控涂层，以降低表面的太阳辐射吸收率与热辐射率比值。主动式热控制则可以自动调节温度，比如电加热器。

再说火星上的光照。虽然火星轨道上阳光的光强仅为地球附近的40%，但是从发电的角度看，仍然可以看作是取之不尽的能源。火星表面的光强虽然由于大气吸收、散射等原因会有所下降，而且受尘暴的影响，光强变化范围较大，但仍然是火星表面成本最低的能量来源。

科学世界：火星大气是什么样的？

贾阳：从成分上来说，火星大气中氧气的成分很少，只有0.13%，而95%左右都是二氧化碳，这对人类是不利的。不过，二氧化碳也是可以利用的资源，例如有专家建议利用其生产推进剂。

人类进行载人航天活动时，有两种气压方案。一种与地球大气类似，保持在1个大气压，主要由氮气和氧气组成，氧气的比例在21%左右。还有一种是0.3～0.4大气压的纯氧，同样可以维持人类生存，而且较低的压强使得航天服的设计更容易。气压大的话，航天服的关节等处会比较僵硬。在飞船舱内，都是1个大气压的。所以航天员穿上航天服出舱前，都要有一个长达几个小时的吸氧排氮过程，就像潜水员上浮时要有个逐渐减压的过程，否则就会有危险。

在火星上，人类居住的城堡也可以考虑使用0.3大气压左右的纯氧，工程建设上比较容易一些。不过人类长期在这样的环境中生活，对身体会有什么样的影响，还需要进一步研究。

还有就是，不像地球上有厚厚的大气层包括臭氧层的保护，使得太阳辐射、宇宙辐射保持在人类可以接受的水平，由于火星大气稀薄，来自宇宙空间的大量高速带电粒子能直达火星表面，使其辐射水平远高于地球表面，会造成人类组织、器官的损伤，对生殖系统也会产生重大影响，这是人类在火星上生存面临的重大挑战之一。所以人在火星表面需要有防护。通过建设城堡屏蔽层、生活在火星地下等手段，可以降低辐射的影响。

一个更严重的问题是，火星的地磁场早已消失，目前只有地球的1%。但科学家推测在大约40亿年前，火星的磁场和地球是接近的。而没有磁场的保护可能就是导致火星气候剧变的主要原因之一，因为没有磁场就无法偏转来自太阳的高能带电粒子流。这个问题或许只有未来人类的科技文明高度发达之后才有办法解决了。

科学世界：火星上的水和土壤应该都可供利用吧。

贾阳：水是生命之源。现在已经探明在火星两极地区有固态水，其开采、输运对移民的生产、生活均具有重要的意义。

美国火星探测的结果显示，火星土壤呈弱碱性，含有生命必需的镁、钠和钾等成分。但也发现了高活性的高氯酸盐，具有很强的氧化性。如何利用火星土壤，对其进行改造，使之能够种植作物，是火星宜居化的重要研究内容。

火星土壤中含有丰富的硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物等盐类，通过冶炼技术，可以实现建筑材料以及铁合金、铝合金的本地化生产。设想可以通过高温熔化，再用3D打印的方式实现建筑构造，利用硅土形成建筑构件，材质类似于玻璃，可以实现气密性。

（本文发表于《科学世界》2016年3期）