人类已将载人火星任务提上日程。美国宇航局（NASA）估计，该任务的开展将耗时两到三年，宇航员也要面对重重危险，最大的威胁是弱重力、太空辐射以及对食物、水和空气的获取。NASA目前正开发相关技术以应对种种挑战。
1962年，时任美国总统约翰·肯尼迪在莱斯大学对人群表示，美国希望在2020年前，即58年内，将人类送上月球，因为这是项艰巨任务——不过美国登月计划的目标不仅仅是克服困难实现壮举。
肯尼迪还谈到登月有望拓展我们对宇宙和环境的认知，推动应用范围远远超航空航天领域的新技术发展。
他说的没错。NASA的阿波罗计划不仅带来了关于月球和太阳系的大量新知识，更为现代计算机奠定基础，实现了从巡航控制到可充电助听器电池等一系列科技进步。
美国宇航局的新目标是在2040年之前将人类送上火星。如果我们承认登陆月球已为难事，那么安全落地红色星球可谓无比艰险。
艺术家笔下宇航员生活于火星的图景：两名身穿宇航服的宇航员走在红色岩石表面，背景是一片橙红天空，以及几座未来主义风格的建筑和一辆火星探测车
月球距离地球约38.4万千米。NASA的阿波罗11号能在短短8天内将宇航员送达月球并返回，飞船上装了宇航员所需的所有食物、水和氧气。
火星与地球的最近距离达到了5460万公里。NASA估计，前往火星的载人飞船需要大约7个月才能到达目的地；考虑到返程和在火星上的探索工作，任务或将持续两到三年。而要给如此漫长的地-火旅程配备物资，其成本将是天文数字。
除了找到替代方案为宇航员提供任务期间维持生命必需的东西，NASA还要保护他们免受长期离开地球可能带来的诸多健康威胁，以及一些火星特有的风险。
下面列出了未来火星宇航员面临的5大威胁，以及科学家为克服每个障碍所能采取的对策。
障碍1：无食物
NASA要将火星任务所需的大部分食物都运送到火星，可以跟宇航员搁一起送，也可以先于人送达，关键在于食物本身——他们希望既有预包装食品，又有新鲜食物，这有助于降低运输成本，确保宇航员保持健康，还能避免菜品单调。
对策：火星种植业
怎么吃到新鲜食物？现做吗？答案是肯定的，解决方案则是在火星上搞农业。
按照NASA的想法，运输种子比运食物经济很多，而且火星上已有水和二氧化碳；当然，难点在于火星并非种植农作物的理想环境，即便建立温室。
火星上不仅阳光微弱、水源有限，其土壤也迥异于地球。正如扎克（Zach）和凯利·韦纳史密斯（Kelly Weinersmith）夫妇在其著作《火星上的城市》（A City on Mars）中所写，火星尘土含大约1%的高氯酸盐，这种化学物质可能破坏人体甲状腺。
NASA方面目前正研究农作物在国际空间站（ISS）微重力环境下的生长方式，同时在模拟的火星栖息地测试室内种植系统，还推出深空食品挑战赛（Deep Space Food Challenge），激励关于火星食品系统的设计。
NASA宇航员塞雷娜·奥尼翁-钱塞勒（Serena Au?ón-Chancellor）在国际空间站收获种植的羽衣甘蓝和生菜
障碍2：弱引力
火星引力只有地球的1/3，而且NASA通过对国际空间站宇航员的研究已知，长时间身处微重力环境会导致严重骨质流失、肌肉流失、视力问题以及其他健康问题。
大多数国际空间站任务时长都不超过六个月，而且NASA尚无任何宇航员曾停留太空超过371天【俄罗斯宇航员瓦列里·波利亚科夫（Valeri Polyakov）保持着437天的最长纪录】。火星的重力比地球小得多，但比ISS的大很多，因此目前难以估计两三年的失重会对宇航员造成何种影响。
对策：解锁健康姿势
NASA的人类研究计划（HRP）正在地球和国际空间站上围绕火星模拟系统展开分析，以求更深入了解各种问题并制定有效对策。
NASA会在即将到来的阿尔特弥斯任务再送宇航员至月球表面，届时HRP的部分研究将于月球上继续。
锻炼或可减轻部分负面影响。ISS的宇航员每天锻炼两个小时以减缓骨骼和肌肉流失；不过他们仍会损失大量肌肉质量。
NASA运动生理学和对策实验室的团队正开发锻炼程序，以求帮助火星宇航员在太空旅行中和火星上通过运动保持健康。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一项受到NASA资助的研究尝试确定有无可能在不要求宇航员流汗的情况下收获运动对细胞的益处。
另一方面，加州大学戴维斯分校的科学家发明了一种转基因生菜，它能分泌特定激素刺激骨骼形成。
得克萨斯大学西南医学中心的团队正研发一种睡袋，旨在防止宇航员睡觉时脑部产生积液，从而避免微重力导致的视力问题。该项目同样由NASA资助。
NASA格伦研究中心（Glenn Research Center）的运动生理学和对策实验室正进行实验：头戴头盔的参与者被悬挂在一个复杂的安全带系统中，旁边是穿着实验服的科学家。这个装置似乎是实验或训练设备的一部分
障碍3：太空辐射
地球核心由熔融金属组成，它使地球周围形成磁场，即所谓的“磁层”（magnetosphere）。磁层保护我们免受太阳和宇宙辐射伤害，防止大气层被太空侵蚀。
其他一些行星也有磁层，但火星不在其中，这意味着登火的宇航员将无法获得保护，其遭遇癌症等健康问题的风险大大增加。
对策：限制停留，建造庇所
辐射对宇航员的影响已成为NASA最关心的问题。国际空间站宇航员受到的辐射量比地球上高出100倍，因此NASA对他们在职业生涯中停留ISS的时间有限制。但要知道，即便是空间站，也处于磁层保护之下，去到毫无磁层的火星，情况会怎样……
NASA于2014年制定了辐射极限值——该标准较其他航天局的保守很多，甚至令载人登月和火星任务根本无法实现，因此目前NASA正尝试根据最新数据和专家意见确定新的限值。
新限值相比宇航员在火星任务期间所接触的辐射量，可能仍有差距，不过NASA等机构的研究人员正制定策略以求最小化辐射接触，包括防辐射背心和特制火星防晒霜。
建造火星庇护所也是一种防辐射策略。建造位置可以是在地下、古老熔岩管中或天然悬垂岩石下。此外NASA甚至考虑在火星上创建一个人造磁层，这不仅有助于解决辐射问题，而且随时间推移，将使火星大气层更厚。
图中三人正检查一团黄绿色物体和一小罐黄色粉末。他们眼前的东西是真菌狼苔（Wolf lichen）及其提取物，有朝一日可能被用作火星宇航员的防晒霜
障碍4：无液态水
宇航员要喝水，耕作和卫生工作甚至返程火箭燃料也都要用到水，但火星表面几乎无液态水。水密度大且不可压缩，因此从地球运水资源至火星的成本太高。
对策：到地下取冰
火星地表很干燥，但在地表以下，有大量水以冰的形式存在。其中大部分都位于两极附近，但那些区域温度极低。
2017年，NASA启动地下水冰测绘（SWIM）项目，旨在使用轨道航天器绘制火星地下水冰图。来自该项目和其他任务的数据显示，赤道附近其实也埋藏着大量冰层。
NASA将利用这些地图为未来载人火星任务选择着陆点。理想地点是靠近大量冰层的区域，宇航员可通过挖掘或钻探进入，并尽可能靠近赤道以保暖。
宇航员在火星上捕获的任何水（用于制造火箭燃料的除外）都可使用类似国际空间站的系统进行反复回收，而ISS上的水回收率高达98%。
NASA火星勘测轨道飞行器发现了上图所示的因陨石撞击而暴露的地下冰
障碍5：不可呼吸的大气
火星大气非常稀薄，其中96%都是二氧化碳，仅含0.16%的自由氧。地球大气层比火星厚100倍，氧气含量约20%。只要你胆敢在火星表面呼吸，即刻就会窒息。
宇航员可以携带氧气登火并循环使用部分氧气，就像在国际空间站上那样，但运送足够多年使用的氧气将耗费巨大成本。
对策：电解二氧化碳
NASA希望从火星的二氧化碳中提取氧气。
他们开发的一款面包机大小的设备，MOXIE，于2021年搭乘毅力号火星车前往火星，以测试用火星空气中制造可呼吸氧气的可行性。到达目的地后，MOXIE利用电力分解二氧化碳，最后成功产出火星上的第一份氧气。
这是一项非常小规模的实验，但NASA目前正利用从MOXIE获得的信息开发一个更大型系统，该系统可于载人任务之前被发送至火星。有关MOXIE的计划还包括制造可用作返程火箭燃料的液氧。
NASA研究人员将MOXIE装入毅力号火星车
除了上述五大障碍，火星宇航员还面对其他诸多威胁，例如可能长达数月的沙尘暴。这些沙尘暴有时会覆盖整个星球，损坏设备，阻挡阳光到达为生命维持系统供电的太阳能电池板。（这也是NASA探索向火星发射核反应堆可能性的原因之一。）
此外，长期远离家门、隔绝人群的孤立生活可能影响宇航员心理健康，因此NASA的行为健康和表现团队正研究确保宇航员在执行任务期间保持心理健康的方法。
解决各种问题需投入大量心血和资金，但NASA相信这是值得的。
载人火星任务不仅可以增进我们对太阳系的认知，甚至有望首次发现外星生命，而且针对火星的研究也可能对地球生命产生积极影响，就像阿波罗计划一样。
例如，2021年，NASA的太空辐射组（Space Radiation Element）加入了白宫的一项倡议，旨在到2047年让美国癌症死亡率降低50%。
美国宇航局局长比尔·尼尔森（Bill Nelson）表示：“NASA的科学家几十年来一直研究癌症，重点关注宇航员面临的风险。通过这一计划，我们将与政府各机构和研究人员合作，推动终结已知癌症。”
NASA还希望，为火星宇航员提供食物而开发的技术能揭示在资源有限的不宜居住地区种植农作物的方法，从而为消除饥饿做出贡献。
资料来源：
T-Minus: How to not die on (the way to) Mars
END
