如果人進入火星會怎麼樣（把人送上火星究竟難在哪裡）

2023-04-17 13:06:37

這是一則我在頭條問答的解答，現在搬運到這裡。未經允許，謝絕轉載。

把人送上火星，究竟難在哪裡？有哪些需要解決的技術難關？

提問者說：火星是目前除地球之外人類研究程度最高的行星，也是載人登陸的首選行星。人類一直在研究登陸甚至殖民火星，但到現在都未能實現把人送上火星，究竟難在哪？

要問難在哪裡，當然是考慮到太空人的生存問題。

如果是搬運一堆機器人過去，難度會少很多。但運送太空人這樣的大活人，首先是費用上的困難。運送機器人的費用，大概只要運送太空人的1%。包括諾貝爾物理學獎獲得者溫伯格在內，是比較反對美國國會把有限的航天經費用於載人航天的（其實美國宇航局做不了自己的主）。

哈勃望眼鏡

溫伯格認為，載人航天代表的更多是政治意義，在科學上意義不大。比如，維修哈勃望遠鏡完全可以派遣機器人去做，而讓太空人到太空去維修，不但增加了周期，而且使得經費增加了好幾十倍。人工維修一次哈勃望遠鏡的費用都可以重新建造幾個新的望遠鏡了。

溫伯格

不過，想要在未來大規模地進行太空移民，發展載人航天是必不可少的。而載人航天存在著火箭運行時間周期長的問題。現在的火箭主要是化學能源火箭，速度慢，載重少。要想前往遙遠的火星，或者去更遙遠的行星探險，起碼需要核動力火箭。核動力火箭現在在技術上還不成熟。不過，這個問題在將來是好解決的，技術上也不是不能解決的。

那麼，更主要的是一個太空人的生活問題。要知道，地球到火星的距離非常遙遠，來往要2年左右。這麼長久的時間，太空人擁擠在一個狹隘的地方，如何生存的難題？如何保證身體健康和心理健康不出問題？正常人在幽閉的環境裡面很快就會發瘋，太空人心理素質比普通人會好一點，但也有極限。所以，火箭的生活區要儘可能地闊大一點，要有娛樂設施，人員數量至少要保證4~5個人，這樣可以互相交流。不交流的話，就會讓太空人發瘋。而增加生活區域，就極大地增加了遠航的成本。

中國空間站內部場景

此外，還要考慮太空人身體健康，在微小的重力環境中，人體的鈣質會流失，太空人一年都在飛船上面，是很容易骨折的。曾經有太空人在國際空間站待了四個月，回到地面後用了三個月才恢復正常行走。僅僅依靠鍛鍊和飲食，是不能完全解決問題的，還需要加大這方面的醫學研究。

外太空的強輻射更是殺手，會對太空人造成生命的威脅。這些都是要考慮進去的。總之，利用當下的載人航天技術去做火星旅行，還是一個比較大的難題，需要我們進一步研究。

我的想法是做出某種類似「防護罩」的裝置。在科學原理上說，這種技術是可能實現的，但還是研究的起始階段。全球範圍內研究電磁「防護罩」技術最先進的國家，並不是大家腦海中的「西方發達國家」，而是中國。具體的是中國科學技術大學。

這所大學產生的院士數量超過了清華北大

一旦電磁「防護罩」技術成熟和投入應用，就是從事航天事業的太空人的福利。飛船配置上這種「防護罩」，理論上可以抵禦很強的宇宙射線輻射。太空人往返一次火星，最快需要360天，久一點的需要480天。即使是360天的旅程，太空人也要遭受2/3Sv（希沃特）的輻射，相當於在核潛艇上維護核反應的工作人員一年允許輻射量的15倍。以後太空人肯定要航行到比火星更遠的深空區域，他們遭受的輻射也要遠遠大於這個數值。甚至會出現幾十萬人居住的超級世代飛船，幾代乃至十幾、幾十代人都畢生生活在一艘龐大的太空船上，就需要一種技術保護所有人的生命安全。而電磁「防護罩」就具有這種優越性。這種防護罩的工作原理就是直接在飛船的外殼產生電磁場，用於抵擋或者偏移來自外界的輻射。

防護罩技術可以分為三種模式，但每一種防護罩技術都有一些急需解決的難點。

第一種模式，就是在飛船的外殼產生帶負電荷的電磁場。一切原子都由一個帶正電的原子核和圍繞它彌散運動的若干電子組成。電子（Electron），是一種基本粒子，帶有負電，電量為1.602176634×10-19庫侖。這種負電荷的電磁場，將整個飛船包裹在裡面，由於同性相斥的原理，可以抵禦絕大多數帶負電的粒子。因為宇宙輻射中很多都是帶負電的粒子。製造出帶負電荷的電磁場，在技術上是最簡單的，其實我們現在就可以做到。但是問題在於，整個飛船都被這種負電荷電磁場包裹起來的話，由於太空人或者其他船員長時間被整個包裹在裡面，會不會出現一些生理上的問題？低能態的負電荷作用於人體，就會造成一些新陳代謝上的改變，有些是正面的，也有些是負面的。飛船被一個能量基數很高的負電荷電磁場包裹起來，這些強電磁場對人體有沒有危害，目前還需要研究。

石墨烯與超導

第二種模式，即模擬地球環境，在飛船外殼附近製造一個強磁場。這個需要更高的技術水準。需要對超導技術的突破。曹原研究的課題方向就是石墨烯與超導，這是一個很有前途的研究。石墨烯的特殊結構，使其具有優異的導電性能，所以它被用於關於超導體的研究。

曹原通過研究發現，偏轉兩層石墨烯的方向，使其夾角變為1.1度，則在1.7K的情況下，石墨烯就可以表現出超導特性。但起碼在本世紀內，超導不太不能在室溫條件（18~26攝氏度）下實現。因為超導現象需要超低溫。見我之前寫的《中國科學天才曹原，能不能拿諾貝爾獎？》一文。如果說第一種模式的難度為100，第二種模式的難度就為10000，是前者的100倍。而且，還有一個特別難以解決的困擾，就是人體在強磁場環境中會出現健康方面的不利因素。所以，研究這種防護罩的要點在於，要控制這種強磁場的作用範疇，讓這種結界僅作用於飛船的外殼附近，而不能直接作用於飛船乘客的人體處。所以，需要研製一種屏蔽強磁場的塗料或者其他材料，將強磁場隔絕在人員活動區的外面。雖然實施起來困難重重，但這種技術是最有發展前景的，因為它的抵禦宇宙射線輻射的效果是最佳的。除了不能近距離抵禦超新星爆發的輻射衝擊波，它可以抵禦絕大多數來自銀河系的射線輻射傷害。

曹原

第三種模式，就是採用等離子防護。火焰就是一種低溫的等離子態。這種方案是利用困在強磁場中的大量電離粒子屏蔽宇宙射線輻射。從技術原理上說，似乎並不困難，其難度係數和第一種模式即負電荷電磁場差不多。而且等離子防護需要的原材料和技術都是現成的，啟動防護罩之後所消耗的能量也是最低的。但它也有實施的困難，就是生成電離子場的機器設備，其損耗非常大。比如，假設採用其他模式製造防護罩可以重複1000次，採用等離子場防護罩就只能重複80~100次。簡單說，就是太費錢了。而且啟動等離子體的設備，需要大量的電能，這就需要我們製造出核聚變發動機才能滿足需求。而核聚變發動機可能還需要2個世紀才會投入應用。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發射升空

總而言之，其實上述的三種防護罩模式都要花費特別多的錢。費用過高，會限制航天事業的私營化和市場化。政府和公益部門不可能無限制地投入資金用於發展航天。只有當航天成為一門好的生意，確實有利可圖，讓資本市場覺得值得，才會源源不斷地投資進去，產生一個健康的市場。所以，降低成本才是關鍵。既要保護太空人在執行任務的過程中可以健康地活著，也不能投入的資源太多，超過「警戒線」。所以，高檔和低檔防護措施的結合，是一個值得考慮的方案。比如，太空人在執行任務時，可以採取自動預警方案。如果計算機發出預警，說馬上要進入強輻射的高危區域，或者恆星目前階段有耀斑的跡象，檢測到全波段的電磁輻射有增強的現象，飛船即自動採取電磁場防護罩的高檔手段。如果處於一個危險係數較低的過程，則飛船不使用電磁場防護罩，而是採用普通的防護措施，比如使用某些惰性物質的物理防護。這樣才更加經濟。

太陽耀斑現象

登陸火星的時候，還存在一個「黑色七分鐘」的難關。當載人火箭在穿過火星大氣層即將「踏」上火星表面時，是最驚心動魄、生死攸關的時刻。火箭進入火星大氣層的時候，時速高達21000公裡（每秒5.9公裡），要在短短七分鐘的時間內，讓探測器的速度降至零，從而實現安全著陸。這也是所有火星探測任務中技術難度最大、失敗概率最高的關鍵時刻，被稱為「黑色七分鐘」。二十世紀六七十年代，人類曾經對火星探測很有熱情，發射了很多枚火星探測器，但整體成功率不足18%。保證載人火箭在火星表面成功登陸，就要考慮安全性問題，必須無限接近100%的成功率才行。人類不是機器，機器摔了就摔了，人類的生命很寶貴。