很久以來(lái)，人類(lèi)對(duì)火星這個(gè)位于太陽(yáng)系“宜居帶”內(nèi)的“類(lèi)地行星”充滿了好奇和親切感，近年來(lái)更是掀起了火星移民熱，但在移民之前我們必須考慮的問(wèn)題是，在這個(gè)環(huán)境十分惡劣的“類(lèi)地行星”想要自由活動(dòng)，人類(lèi)需要穿什么呢？和地球軌道上航天員出艙時(shí)穿的艙外服一樣嗎？

火星環(huán)境

火星是太陽(yáng)系探測(cè)最熱門(mén)的行星，也是科幻作品中行星移民的種子選手，火星是地球夜空中最容易被觀測(cè)的類(lèi)地行星，距離地球最近時(shí)視星等是-2.94（注：視星等，為天文學(xué)術(shù)語(yǔ)，是指觀測(cè)者用肉眼所看到的星體亮度。視星等的大小可以取負(fù)數(shù)，數(shù)值越小亮度越高，反之越暗）。

▲地球與火星的真實(shí)比例

（來(lái)源：wikimedia）

火星的質(zhì)量為地球的11%，體積為地球的15%，地表重力為地球的38%。它在40億年前失去了磁層對(duì)大氣層的保護(hù)，在與太陽(yáng)風(fēng)數(shù)以?xún)|年的相互作用下，原本就比地球更容易逃逸的大氣已相當(dāng)稀薄，其地表的大氣壓只有地球的0.6%，已經(jīng)遠(yuǎn)低于阿姆斯特朗極限（大氣壓的6.18%，此時(shí)水的沸點(diǎn)等于人的體溫）。如果人類(lèi)在沒(méi)有任何加壓措施的情形下身處火星，那么包括淚水、唾液、血液在內(nèi)的全部體液都會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)沸騰并蒸發(fā)逃逸，肺部也會(huì)因?yàn)槊撍鵁o(wú)法進(jìn)行氧氣的交換。

當(dāng)然了，也不用太擔(dān)心氧氣交換，因?yàn)榛鹦谴髿饣緵](méi)有氧氣?；鹦谴髿饧s有96% 的二氧化碳、 1.93%的氬和1.89%的氮，微量的氧分子和水分子。干燥的火星空氣中布滿了灰塵，包括大量直徑超過(guò)2.5微米的顆粒（pm2.5）。雖然火星的大氣成分會(huì)讓人聯(lián)想到23億年前藍(lán)藻尚未大爆發(fā)的原始地球大氣，但其知名的沙塵暴又會(huì)把人拉回到華北平原的二十一世紀(jì)。

由于沒(méi)有大氣圈和水圈，且距離太陽(yáng)更遠(yuǎn)，所以火星的平均溫度只有-46 °C (-51 °F),冬季時(shí)兩極地區(qū)的溫度低達(dá) -143 °C (-225.4 °F) ，而夏季正午時(shí)分赤道的溫度則高達(dá) 35 °C (95 °F)。

▲祝融號(hào)與著陸器合影

（來(lái)源：中國(guó)行星探測(cè)）

由于沒(méi)有大氣圈和全球性磁場(chǎng)的保護(hù)，火星地表的大部分地方都能直面太陽(yáng)風(fēng)的吹拂。在太陽(yáng)平靜時(shí)其地表輻射水平約為244.5 mSv一年，當(dāng)太陽(yáng)活動(dòng)頻繁時(shí)，輻射量將更大。而在地球上，這個(gè)數(shù)值約為 6.2 mSv，根據(jù)多邊醫(yī)療行動(dòng)小組（MMOP）制定的宇航員暴露標(biāo)準(zhǔn)，在有防護(hù)的情況下，年度限制為500mSv，職業(yè)生涯限值為1000mSv。

存活一分鐘

在地球，即使不穿航天服，你也可以活80年左右，但是在火星，你首先需要考慮如何活過(guò)第一分鐘。第一分鐘你不必考慮舒適耐用、方便活動(dòng)、工作通訊、新陳代謝，你甚至可以憋口氣而不考慮呼吸，但是你還是有必須考慮的問(wèn)題，那就是隔絕外部環(huán)境，并且為你的身體提供足夠的壓力。

人類(lèi)最早的航天服就是來(lái)源于航空壓力服，內(nèi)層是氣密層，工作狀態(tài)下能夠維持服裝的氣密性和壓力，需要高強(qiáng)度有彈性且有密封性的材料；外層為限制層，承受服裝余壓，并保持供氧加壓狀態(tài)時(shí)航天服的擬人形態(tài)，需要高強(qiáng)度無(wú)彈性的材料。目前氣密層一般使用聚氨酯涂層尼龍，限制層一般使用滌綸。

存活一個(gè)小時(shí)

當(dāng)你挺過(guò)了最初一分鐘之后，接下來(lái)你不光需要考慮呼吸、散熱、溫度、這些關(guān)乎人體新陳代謝的問(wèn)題，還需要考慮在嚴(yán)酷環(huán)境中如何保護(hù)自身安全。這個(gè)時(shí)候你就需要在壓力層之外，構(gòu)建航天服內(nèi)側(cè)的散熱層和外側(cè)的保溫層與保護(hù)層，還有環(huán)控系統(tǒng)、生命維持系統(tǒng)。

由于壓力服的內(nèi)側(cè)直接接觸人體的皮膚系統(tǒng)，因此我們可以通過(guò)一套帶有由泵驅(qū)動(dòng)的水冷塑料管系統(tǒng)的尼龍內(nèi)衣（液體冷卻通風(fēng)服）幫助人體散熱和散濕。

壓力服的外側(cè)直面外部的環(huán)境，因此我們通過(guò)氯丁橡膠涂層尼龍，還有它外面的鍍鋁PET薄膜，混合織物共同構(gòu)成艙外航天服的熱防護(hù)層。除此之外，為了在火星的沙塵暴和可能的太陽(yáng)風(fēng)暴中自保。一般我們使用耐熱、耐磨、防水、阻燃性能都很好的芳綸和特氟龍等材料在熱防護(hù)層之外再打造最外層的護(hù)甲。

▲研制中的Z-2航天服生命維持系統(tǒng)

（來(lái)源：wikimedia）

生命維持系統(tǒng)和環(huán)控系統(tǒng)目前還沒(méi)法集成在衣服里，你只能老老實(shí)實(shí)背上一個(gè)集合了供氧、循環(huán)通風(fēng)、調(diào)節(jié)航天服內(nèi)部壓力、過(guò)濾廢水廢氣、監(jiān)測(cè)航天員身體指標(biāo)等多種儀器的大背包。

能夠工作學(xué)習(xí)生活

當(dāng)你能夠生存了之后，滿足工作和生活的長(zhǎng)期需求，便攜，耐用、舒適，甚至如何與火星車(chē)等工程可研設(shè)備配合使用就是你需要考慮的指標(biāo)。

▲中國(guó)飛天航天服

（來(lái)源：新華社）

火星有著地球38%重力，因此火星服不能太重，同時(shí)關(guān)節(jié)必須有輔助運(yùn)動(dòng)的裝置，在火星上靈活運(yùn)動(dòng)的需求比微重力的空間更大。同時(shí)從耐用性上來(lái)說(shuō)，火星表面雖不存在嚴(yán)重的原子氧等化學(xué)腐蝕，但是可能的太陽(yáng)風(fēng)暴和灰塵環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間低壓暴露都是嚴(yán)峻的問(wèn)題。2020年7月30日19:50發(fā)射的NASA毅力號(hào)火星探測(cè)器就攜帶了五種艙外航天服外層的材料，對(duì)其進(jìn)行火星環(huán)境下的實(shí)地測(cè)試。

最后需要提醒大家的是，人類(lèi)在火星穿什么其實(shí)就是從零開(kāi)始研制一款火星服的思路，但是在實(shí)際研發(fā)中，我們往往還會(huì)受到現(xiàn)有技術(shù)儲(chǔ)備、技術(shù)慣性、甚至是……錢(qián)的影響。

如今，尚沒(méi)有一個(gè)國(guó)家能夠在火星登陸，但相信隨著各國(guó)載人深空探測(cè)任務(wù)規(guī)劃的落實(shí)，航天大國(guó)的火星航天服都將陸續(xù)和我們見(jiàn)面，從此之后人類(lèi)在火星穿什么將不再是一個(gè)問(wèn)題。

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科學(xué)審核：楊宇光，中國(guó)航天科普大使，國(guó)際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會(huì)副主席