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技术控点评《火星救援》十大真实科技

技术控点评《火星救援》十大真实科技

作者: 硬报纸 | 来源:发表于2015-12-03 13:15 被阅读3662次

    「硬报纸」原创文章,转载合作请联系作者

    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

    NASA是电影史上最明目张胆的植入式广告?

    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。

    影片中的居住舱(兼土豆大棚)

    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。

    HERA居住舱

    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。

    在火星种土豆可是件技术活

    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。

    红光照射下的莴苣,即将成为宇航员们的美餐

    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

    国际空间站上的水再生系统

    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

    马特·达蒙跪了……

    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。

    影片中的宇航服,看上去比现实中轻便很多

    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

    电影中帅气的火星车

    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。

    NASA多任务太空探索车(MMSEV)

    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。

    NASA设计的NEXT离子引擎

    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。

    宇航员Steve Bowen正在清洗国际空间站上的太阳能电池板

    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。

    衣着邋遢、藐视领导的天才就该长成民工样?

    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。

    电影中赫尔墨斯号飞船采取的轨道

    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!

    随阿波罗登月舱带上月球的SNAP27型RTG

    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)。

    NASA的火星登陆路线图

    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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