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宇航员惨遭小伙伴遗弃，在火星独力求生一年的科幻故事，被好莱坞拍成《火星救援》，上映一周全球吸金2亿美元票房。和去年的文艺大片《星际穿越》相比，纪录大片《火星救援》充满了大量扎实的技术细节，深受理工男喜爱。
与其说这是一部科幻大片，倒不如说这是NASA与好莱坞合谋的一部科教宣传片，因为其中的大部分科技都是真实的，而NASA真的计划在20年后把人送上火星，届时执行的就是影片中的任务。
如果你看电影时足够细心的话，应该会想到了什么——没错，片中故事的发生时间，正是2035年。
一：居住舱（Habitat）
在火星表面，男主马克·沃特尼（马特·达蒙饰演）大部分时间待在居住舱听歌，这是他远离地球的家。以窗外飞沙为伴，度过一个个火星日。
NASA的人类探索研究模拟器（HERA）是一个模拟外太空居住舱的独立空间。这个两层楼的空间由生活区、工作区、卫生舱和一个模拟气闸组成。在其中，测试对象们需要执行操作任务，完成负载目标，并共同生存60天，在孤立环境中模拟未来的任务。
二：太空农场（Plant Farm）
货运飞船可以给国际空间站提供食物，然而火星上的宇航员可叫不了星际外卖，因为运输至少需要九个月。他们必须自己种庄稼作为稳定的食物来源。
在《火星救援》中，马特·达蒙把居住舱变为一个自给自足的农场大棚，用合成水浇灌的土豆成为第一种火星主食。土豆是亩产淀粉最高的作物，但缺点是需要大量的灌溉。片中马特·达蒙生产水的方法，是用联氨（常用火箭燃料）在铱催化下分解成氮气和氢气，然后小心地燃烧氢气获得水。
之前发射的勇气号、机遇号等火星探测器表明，火星土壤中有足够的钠镁铝、磷钙铁，只是缺乏氮，而这正是人类粪便中的丰富成分。所以马特·达蒙用自己的便便给土豆施肥的确可行。
现在国际空间站中已经可以种菜了。使用红、蓝、绿光作为光合作用的能量来源，植物生长在一个个类似枕头的小袋子里，内含基质和肥料，表层有微孔进行毛细作用。2014年，宇航员使用这个太空种植系统种出了红生菜，标志着太空农业的巨大进步。
三：再生水（Water Recycling）
火星表面没有湖泊、河流或者海洋，也不能指望从地球运水。无论在太空还是火星，一滴汗、泪甚至是尿都不会浪费。
在国际空间站，环境控制和生命支持系统无处不在地对水进行再生和循环，包括尿液，洗手水，漱口水以及其他来源。通过水再生系统（WRS），水被回收过滤再次使用。某宇航员委婉地举例：“今天的咖啡（niao）就是明天的咖啡。”
四：氧气发生器
对于宇航员，最不可或缺的不是水和食物，而是一分钟都离不开的——氧气。
在火星上，马特·达蒙随身携带氧气发生器，这是一个利用火星升空飞行器（MAV）的燃料发电机把二氧化碳变成氧气的系统，系统通过电解反应，从水分子中分解氧气。
五：火星宇航服（Mars Spacesuit）
火星不欢迎人类。沙尘暴、严寒，没有任何可呼吸的空气。穿着宇航服在舱外采集样本，甚至在火星表面长途跋涉，灵活可靠的宇航服必不可少。
NASA正在研发能够支持在火星使用的宇航服，抵御疯狂的火星沙尘，适合从火星漫步到岩石采样的一切需求。宇航服设计工程师在硬复合材料和纤维间进行权衡，寻找耐用性和灵活性的平衡。NASA最新的标准宇航服Z-2，有朝一日将穿在第一个登陆火星的宇航员身上。
六：火星车（Rover）
一旦宇航员在火星着陆，他们至少得在那里居住一年以上，在周围地区开展实验和探索工作，等到地球和火星运行到最小距离点时返回地球。为了走得更远，他们需要一部超级耐操的太阳能电动SUV——火星车。
片中， 马特·达蒙驾驶他的火星车在异星荒漠纵横3200公里，甚至对火星车经行了非传统的改装，把居住舱的大部分家当都拖上了车。
在今天的地球上，火星车叫做“多任务空间探索车”（MMSEV）。虽然造型不如电影中酷炫，但基本结构和功能是完全相同的。和早期不载人的小型火星探测车一样，火星车具备经典的6组轮胎设计，在崎岖的火星地表能够任性地翻山越岭。如果一个轮胎爆胎，会自动升起轮胎然后继续行驶。
七：离子引擎（Ion Propulsion）
在《火星救援》中， 赫尔墨斯号飞船需要9个月时间往返火星，使用离子推进引擎穿越了将近5亿千米的空间。
离子推进是将氩气或者氙气电离，并以35万公里/小时的高速喷出。最初的推进像微风一般轻柔，但通过年复一年的持续加速，飞船终将达到惊人的速度。更重要的是，离子引擎的燃料利用效率是传统化学燃料发动机的10倍。
今天，这项技术使NASA于2007年发射的黎明号（Dawn）无人探测器完成了超过五年的持续加速，达到了每小时4万公里，超过了现有的任何飞船。一路上，它已经完成了人类对灶神星、谷神星的第一次造访。
八：太阳能电池板（Solar Panels）
火星上没有加油站和发电厂，也几乎没有风，只有太阳能帮上大忙。在阳光下时，光伏转换阵列收集能源，为锂离子电池充电。
国际空间站的四套太阳能电池阵列能产生84~124千瓦的电，相当于地球上四十户人家的用电量。其实空间站并不需要那么多的电，但如果出了问题，冗余系统有助于降低风险。
太阳能发电系统已经非常成熟，自首批宇航员在2000年登陆至今，空间站一直安全地向宇航员们提供着电力。
九：引力弹弓（Gravitational Slingshot）
影片中，当救援计划一再受挫，改变男主命运的天才人物终于出现了：黑人小哥。
作为一名轨道工程师，黑人小哥的绝妙点子是让即将返航的赫尔墨斯号飞船过家门而不入，从地球背面转一圈再出发到火星，利用引力弹弓效应（和地球交换动量）变轨并提高速度。这是当今航天领域的常识，也是科幻小说中的惯用伎俩，连看热闹的科幻迷都能想到。不过影片中居然连NASA高层都需要小哥科普才明白，还装模做样地动用了超算中心验证计算，只是为了戏剧效果+观众科普。
图为片中赫尔墨斯号飞船采取的轨道。绿色是任务开始时从地球到火星的轨道，黄色是第一次离开火星的轨道，它在图中*号处开始变轨，在数字3处利用地球引力大幅改变轨道，在4处飞越火星，救回男主。
十：放射性同位素热电发生器（RTG）
RTG是一种将放射性同位素钚-238的辐射热量转化为电力的“太空电池”，发电功率可达110瓦（好奇号火星车），其实只能点亮一只普通灯泡。为什么浑身高科技逼格的宇航员要带这么low的电池呢？因为RTG电池用的是核能，用上几百年都不会没电！
在影片中，宇航员们把钚RTG埋在离他们的居住舱很远的地方，以防核泄漏发生。其实，RTG本身有坚固的防护层，即使遭遇严重事故也不至于泄露。RTG主要发出阿尔法射线，并不会穿透衣服或者人类皮肤，只有当它被分解成微粒或蒸发，并被吸入或摄入的时候才会对健康产生危害。而这种同位素是以陶瓷形式制造的，不溶于液体，因此被吸入和摄入的可能性微乎其微。
现实中，在火星上提心吊胆地担心核泄漏是没有意义的。火星环境中的自然辐射比起RTG产生的辐射，对健康危害要大得多。除了辐射，还有沙尘暴、宇航服破裂、被小伙伴遗弃等各种死法……
2030：火星漫游
科教宣传片拍完了，NASA的下一步计划是玩真的：2030年前后将人类送上火星，早已登上了NASA的时间表。参考NASA于10月8日的公开报告：《火星之旅：探索太空的下一阶段》（Journey to Mars: Pioneering Next Steps in Space Exploration）。
早在2000年，NASA就把国际空间站作为未来太空探索的基地。国际空间站离地球400公里，作为太空中的补给站再合适不过。未来10年，NASA将在地球与月亮之间建立实验基地，测试外太空居住系统。最终目的，就是让宇航员在2030年首次完成火星登陆。
再往后，SpaceX很可能会启动霸道总裁埃隆·马斯克雄心勃勃的火星移民计划：把100万地球人带上火星，建立一个新的文明。2013年，火星移民被荷兰人巴斯·兰斯多普包装成“火星一号”的骗局，通过商业炒作风靡世界，骗了近10万人，“去火星”一度成为人们的笑柄。但是对于还未出生的下一代人来说，这颗红色星球将不仅仅是梦想。
坐着SpaceX飞船去火星上开特斯拉，将会是怎样一种体验？
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