最后更新：2025年10月5日

生活在火星上

火星之子

火星之旅是人类古老的梦想，其雄心壮志远超20世纪70年代实现的登月之旅（阿波罗计划）。

2014年，我们送人类上火星并更关键的是，让他们健康返回地球面临哪些障碍？

障碍无数，但当前主要障碍在于技术、资金和人力方面。鉴于重重难关，在2020年代实现往返火星堪称不可能的任务。要克服这些障碍并掌握所有必要技术，无疑需要数十年之久。

至于在那里生活，像“火星500”这样的模拟实验已显示出此类任务在技术和人员方面的巨大复杂性。自20世纪60年代以来，科学家们通过众多过去和正在进行的太空任务（如火星全球探勘者号、火星探路者号、火星奥德赛号、火星快车号、火星探测漫游者、火星勘测轨道飞行器、凤凰号、火星科学实验室）持续研究火星。他们的探测器和机器人不断揭示火星的恶劣环境，如今科学家已对火星的水资源历史、气候、地下结构、地表潜在危险、可能的载人登陆点以及载人任务的生存条件有了相当清晰的认识。

但这还不足以实现火星移民；首先需要执行一系列中间任务，逐步掌握火星之子们所必需的关键技术。此外，所需预算极其庞大，全球政府与非政府组织的合作至关重要。仅单程旅行就需要100亿美元。前往火星必须拥有健康的体魄，因此科学家们最关注的是如何保障在零重力环境下旅行的男女宇航员的健康。

20世纪70年代，苏联通过联盟9号飞船测试了长期太空停留。仅18天后，宇航员的骨骼和肌肉就出现萎缩（肌肉流失达30%）。此后，空间站宇航员每天进行数小时系列锻炼以维持肌肉量，但肌肉流失依然显著（每300天约流失15%）。然而，最令人担忧的并非健康问题。长期太空旅行产生的压力巨大，心理平衡因与世隔绝而严重失调。因此，未来执行任务的宇航员选拔将极为严苛，他们必须承受持续数年的身心冲击。

火星之旅

自1997年以来，位于海拔3233米的法意南极联合考察站“康科迪亚站”，是南极大陆内陆的三个研究站之一。另外两个是美国阿蒙森-斯科特站和俄罗斯东方站。在长达9个月的冬季期间，康科迪亚站约有15人在完全自给自足的状态下驻守，这里是全球最寒冷的区域。图像前景中，多边形建筑架设在六个液压千斤顶上，以补偿冻土地面高度的变化；背景则是完整的站区（包括发电站、锅炉房、储水设施、无线电室、实验室、卧室、厨房、餐厅、图书馆等）。尽管这些科学家身处地球，但除氧气外，他们的所有需求均需通过地面支援满足。为保障康科迪亚站人员的生活，需动用庞大的陆空运输系统。每年夏季考察期间，约350吨补给物资通过三次陆地车队运输抵达。长期隔离状态下的小规模人类群体，为描绘探索火星任务中的典型人物画像提供了理想条件。

火星任务

为了最小化旅行成本，任务必须持续至少15年，因为地球与火星之间最有利的排列（最短距离）极为罕见。这两个天体之间的最短距离出现在火星冲日时，即地球位于火星与太阳之间。这种冲日大约每780天（26个月）发生一次，但考虑到火星和地球轨道的各自离心率，地球与火星之间的最短距离（5500万公里）并非每26个月都会重现。必须等待火星近日点与两颗行星冲日重合，即7次冲日，也就是15年。在这种有利条件下，宇航员前往火星的旅程仅需6个月，返回则不到4个月——这还是在最佳情况下。宇航员将被限制在狭小的太空舱中，这种封闭环境带来的心理问题难以应对，并非所有人都能承受，且能坚持下来的人更是寥寥无几。因此，对候选人的严格筛选必不可少。

在完全自主的太空舱中生活数月，需要携带旅途所需的氧气、水和食物。对于为期9个月的旅程，所需氧气、水和食物的质量是巨大的。每人每天大约消耗1公斤食物、1公斤氧气和3公斤水。为优化载荷，必须回收水和废物，并搭载一个微型陆地生态系统，以确保乘员在这段漫长旅程中生存。对于氧气，需要收集排出的二氧化碳，通过植物光合作用产生氧气；对于水，需要回收尿液；对于食物，则需要回收有机废物，并在废物中种植蔬菜。此外，必须确保没有致病微生物侵入太空舱。男女之间的心理平衡将受到严峻考验。尽管宇航员将被封闭在狭窄的太空舱中，面对与世隔绝的环境，但前往火星的旅程仍是任务中最简单的部分。

在火星上保持健康

抵达火星地表后，候选者必须实现自主生存，尤其要保持健康——这项任务远比表面看起来复杂。火星大气环境恶劣，光照度低，太阳辐射有害，既无氧气也无液态水，平均气温达零下60摄氏度，最低可骤降至零下130摄氏度。在这片荒芜的沙漠土壤上寸草不生，因此必须寻找水源，并在微型加热温室中生产能源、氧气、水和食物。建造这些设施需要大量火星上匮乏的材料。我们无法携带建造发电站、锅炉房、储水系统、废水处理装置、无线电室、实验室、车间、办公室、卧室、健身房、厨房、餐厅、图书馆等设施所需的全部材料。至于返回地球，这仍是任务中最模糊的环节。要实现这一目标，需要实现巨大的技术飞跃。

注：MELiSSA（微生态生命支持系统替代方案）是一个旨在研究微生物与植物生态系统的项目。该工具有助于更深入地理解人工生态系统的行为，并为未来载人长期太空任务（例如月球基地或火星任务）中的生命支持再生系统开发技术。 MELiSSA的核心驱动要素是从废弃物（粪便、尿素）、二氧化碳和矿物质中回收食物、水和氧气。基于“水生”生态系统原理，MELiSSA由五个隔室组成，分别定殖有厌氧嗜热细菌、光异养细菌、硝化细菌、光合细菌、高等植物以及乘员组。危险废物和空气污染物通过植物的自然功能进行处理，而植物则反过来提供食物，并有助于净化水和氧气以更新空气。

火星任务路线图

在考虑2030年代载人火星任务之前，已确定需要在月球附近及月球表面完成一系列必要任务。2011年8月30日，作为国际空间探索协调组（ISECG）的一部分，十个航天机构在日本京都召开会议，讨论制定一份共同路线图，以协调国际空间探索。在将人类送往火星之前，必须重返月球并将人类送至小行星。这些目标将使航天机构逐步掌握抵达火星所需的关键技术。这份为潜在载人火星任务做准备的路线图，凸显了全球组织需投入的财政努力及实现的技术跨越。人类对火星表面进行可持续、经济且高效的探索，是一项极为长远的目标。全球火星探索路线图为协调各项筹备活动构建了框架。这份全球火星探索路线图与一系列需遵守的初步优先事项和目标相关联，其中不仅包含技术目标。当然，必须发展探索技术以及在地球低轨道之外生存和工作所需的基础设施。

但同样需要以互动方式让公众参与到太空探索等共同事业中来。人类在近地轨道以外的任务只有通过协调的国际参与才能实现，因为面临的障碍相当巨大。要提升安全性、将人类足迹延伸至近地轨道之外、持续增加每次任务目的地的载员数量、延长自给自足载人任务的持续时间、降低太空环境对人类健康和技术设备的风险，并最终彰显其对全人类的益处，需要大量专业知识的支撑。

注：参与制定协调太空探索共同路线图的机构包括：意大利航天局（ASI）、法国国家空间研究中心（CNES）、加拿大航天局（CSA）、德国航空航天中心（DLR）、欧洲航天局（ESA）、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）、韩国航空航天研究院（KARI）、美国国家航空航天局（NASA）、俄罗斯联邦航天局（Roscosmos）、英国航天局（UKSA）。