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温度、压力、辐射

温度、压力、辐射

在火星生活,至少就短期而言,如果计划得当,应该不会十分困难。

我们需要把对重力的关注放在一边,因为我们不知道0.38G的长期影响会是什么。但有一件事很明确:如果宇航员乘坐模拟地球1G的飞船到达火星,他们在火星上将拥有超人的力量,在举起、跳跃和投掷方面的能力是在地球上的3倍。如果在0G的环境下于9个月后到达,他们将需要大约1周的时间来适应0.38G。根据旅途中肌肉和骨骼的流失程度,他们在火星上仍可能感觉到稍稍强壮了一些。

温度不会成为一个引人注目的问题。当然,火星会很冷,但仍在人类可以理解和体验的范围之内。在火星赤道,白天温度最高可达20℃,确实是令人愉快的白天。到了晚上,由于没有厚厚的大气层来保持热量,火星的温度会下降到-100℃,比地球的南极还要低一点,但仍然有办法控制。幸运的是,火星的“夜” 真的只是地球的一晚,大约12小时。火星上的一整天为24小时37分钟,与地球非常相似。

火星上真正的天气灾害是沙尘暴。《火星救援》这部书和电影就是以一场沙尘暴开始的。这场沙尘暴对NASA的乘组人员造成了巨大破坏,使他们被迫撤离火星。现实中,碎片在火星上不可能飞得这么快,因为火星上只有少量空气来承载它们。作者安迪·威尔承认这个细节不准确。但坦率地说,在这部非常真实的科幻小说中,这是唯一一处较大的错误。[27]沙尘暴的危险之处,在于它们可能会蔓延整个火星,将太阳遮挡数周甚至数月之久。能见度会下降到几米,灰尘会覆盖在仪器的太阳能电池板上,导致电力中断。火星沙尘暴并不少见。不幸的是,1971年11月,苏联的“火星2号”和“火星3号”探测器就是在一场如此巨大的沙尘暴到来之时将着陆器送上了火星,对任务造成了巨大影响并导致任务提前结束。NASA的“水手9号”(Mariner 9)在这之前一个月抵达火星,但留在了轨道上,因此躲过了这场沙尘暴,完成了绘制火星地图以及进行大气研究的任务。当人类在一个寒冷陌生的世界着陆时,却恰好遭遇一场沙尘暴,很可能会夺去已经厌倦了太空旅行的宇航员的生命。2018年一场旷日持久的沙尘暴最终导致长寿的“机遇号”火星车(Opportunity)报废,因其数月无法获得太阳能。

辐射暴露并非无关紧要。火星没有磁层,只有稀薄的大气层,因此对宇宙和太阳辐射几乎没有防护作用。宇宙射线来自四面八方,但火星本身阻挡了宇宙射线射向其另一边,所以与宇航员乘坐飞船前往火星时相比,宇宙射线暴露量基本减少了一半。火星大气层也可以提供一些保护。NASA“好奇号”火星车发现,在300火星天内,火星表面的辐射剂量率变化范围为180~225微戈瑞/天。[28]戈瑞是一种测量辐射吸收的单位,更加侧重于身体健康。因为宇宙射线能量更大,因此比太阳辐射更具穿透力,更致命。好消息是,相对来说,这和宇航员在ISS上受到的辐射差不多——不理想,但也不可怕。如果发生严重太阳耀斑,火星表面的人将事先收到警报,并可以据此采取庇护措施。此外,还有可能限制他们一天最多只能在户外待8小时,而“好奇号”每周7天、每天24小时暴露在外面,更确切地说,是每周7天,每天24.6167小时。

火星上稀薄的空气也意味着人类需要一套加压服才能在火星上行走。火星表面的平均气压为6毫巴[29],在高原和高山地区还要更低。在地球上,海平面高度的气压约为1000毫巴。即使在珠穆朗玛峰,气压也仍有340毫巴。但是在6毫巴的时候,由于液体会在几秒钟内变成气态,你的血液会“沸腾”。因此,在火星上,无论温度如何,你永远都无法自由行走——永远也不可能赤身裸体待在户外,永远感受不到真正的风吹在你的脸上——直到将火星彻底地球化的目标得以实现,将压力提高到至少300毫巴。在遥远的那一天到来之前,只能用笨拙的宇航服来保护你。

但是宇航服需要改头换面了。自阿波罗时代以来,它们没有发生多大变化。为航天飞机和ISS设计的现代宇航服,用NASA的行话叫“舱外机动装置”(Extravehicular Mobility Units,EMU)。俄罗斯的同类宇航服叫作“奥兰”(Orlan),在俄语中是“海鹰”的意思。这些宇航服很笨重,因为它们基本上就是一艘穿在身上的飞船,可提供足够的压力、氧气、温度、尿不湿(太空行走时间很长)和通信系统。多年来,宇航员们一直抱怨宇航服很难穿,要花1小时以上才能穿上。这个过程有30个步骤。大部分时间都花在适应宇航服的“环境”上,也就是350毫巴的压力,百分之百的氧气。[30]太空行走之后,宇航员需要反向重复这30个步骤。

EMU在火星上不起作用主要有两方面原因。其一,它们的重量是阿波罗宇航服的两倍;虽然这一重量在微重力环境下不算什么,但在火星上就显得很重了。其二,它们太笨拙了,不适合火星上的行走、挖掘、搬运等繁重的探索活动。当你到达火星,每天都是太空行走日,毕竟这就是人类去火星的目的。EMU是为飘浮设计的,而不是为行走设计的。在太空中,你不会真的走路或屈膝。还是让我们面对现实吧!EMU缺乏未来太空探索中难以言表的某些东西。

一种很有前途的新方法是基于NASA和美国空军在阿波罗计划之前设计的一种叫作“太空活动服”(Space Activity Suit,SAS)的东西。它使用机械压力而不是膨胀的空气给身体施加压力。[31]麻省理工学院正在研发一款太空活动服,它采用紧身设计,由数千根柔韧的软线来保持压力,但又可以自由活动。该项目团队由麻省理工学院的达娃·纽曼(Dava Newman)领导。她曾在NASA任职多年。项目团队与一位意大利设计师合作,以确保形式、功能、格调相结合。他们已经把形式确定下来;宇航服的款式看起来很不错。但是经过多年研究之后,几乎仍不具备任何功能。尽管他们在21世纪第二个10年中期做了TED演讲,还有一些积极的新闻报道,但宇航服离实际应用还需很长时间。

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