我们正在前往火星。NASA 计划在 2030 年代将宇航员送上火星表面。像 SpaceX 这样的私人航天公司也表示有兴趣在那里建立自己的殖民地，而臭名昭著的火星一号项目已经招募了平民进行一次单程旅行，前往我们行星的近邻，时间是 2020 年。
虽然许多人可能梦想在火星上度过余生，但他们的日子可能屈指可数。火星环境对地球生命构成了重大挑战，建立火星栖息地需要非凡的工程技术和技术知识，以确保居民的安全。
让宇航员在火星上生存所需的技术尚未准备好——而且可能多年内都不会准备好。
尽管我们很快就能拥有将人们运往火星所需的发射运载工具，但让宇航员在火星上生存所需的大部分技术都尚未准备好——而且可能多年内都不会准备好。对于那些急于尽快前往火星的人来说，请注意：如果你过早前往，将面临一系列悲惨的后果。
你会坠毁
假设你花了几个月时间进行深空航行，终于进入了火星轨道。恭喜你！现在你需要降落到地表——这会很棘手。
问题在于火星的大气层。火星周围的空气非常稀薄——密度比地球大气层低约 100 倍。返回地球的航天器依靠降落伞和大气阻力来减速。物体越重，就需要越大的阻力来防止其撞击地表。
但由于火星周围大气层如此稀薄，在行星上轻柔地着陆大量重量将是困难的。重物在下降过程中会获得过高的速度，导致一次深度的撞击。
“我们如何穿过大气层降落到地表是一个关键挑战，”NASA 探险任务规划办公室副主任 Bret Drake 告诉《大众科学》。“以目前的技术，我们只能在火星上着陆一吨物体。这不足以建立殖民地；我们需要更大的能力。”
据 Drake 介绍，NASA 需要一次性着陆 20 到 30 吨的物资，才能将所有宇航员和补给安全运送到行星栖息地。为此，该航天机构正在开发独特的着陆器设计——特别是他们的充气式低密度超音速减速器 (LDSD)。LDSD 的形状像一个标志性的飞碟，其圆盘形状和附加的充气气球增加了着陆器的表面积，使其能够在大气层稀薄的区域减速。
LDSD 仍在地球上进行测试，并计划于 6 月在夏威夷进行一次测试。是否能将如此重的载荷安全降落在火星表面仍有待确定。
至于火星一号和 SpaceX，目前还没有关于他们如何计划着陆火星的具体信息。
你会冻死
欢迎来到火星！(假设你安然无恙地着陆了。) 是时候熟悉你新家园的天气条件了。
火星的平均气温约为零下 81 华氏度（零下 63 摄氏度），但根据季节、一天中的时间以及地点，温度变化很大，从赤道附近的 86 华氏度（30 摄氏度）到两极附近的 -284 华氏度（-175 摄氏度）。这意味着宇航员必须装备精良，以应对严酷、刺骨的寒冷。
多亏了多年来在国际空间站上接待人类的经验，NASA 已经学会了如何保护宇航员免受温度波动的影响。当暴露在阳光下时，国际空间站会承受超过 200 华氏度（93 摄氏度）的高温，然后在地球的夜晚会骤降到 -200 华氏度（-129 摄氏度）。国际空间站和宇航员的宇航服使用专门的热控制系统和升华等工艺来抵御多余的热量并保护人们免受寒冷。
然而，这些控制系统是为在真空中工作而设计的。在火星大气层中，宇航服和栖息地需要全新的方法。尽管大气层稀薄，但它仍然包含气体，这些气体可以对服装进行热传导（类似于地球上的风如何让我们降温）。因此，宇航员会更严酷地感受到快速的温度变化。
“我们需要一种解决方案，为寒冷的环境提供更好的隔热，并为炎热的环境提供不同的散热方式，”Drake 说。“真空中的宇航服非常类似于保温瓶，但火星上的宇航服更像是放在厨房台面上的咖啡杯——咖啡在台面上的普通杯子里比在保温瓶里的咖啡冷却得更快。”
你会挨饿
生活在火星表面的栖息地有点类似于生活在南极洲的偏远研究站。这些站所需的所有食物和补给都必须来自其他大陆，而货物补给任务并不频繁。
火星比南极洲离主流文明稍远一些，任何运往火星栖息地的补给任务都需要数月甚至数年才能完成。如果任何殖民地希望在火星上生存，就必须在粮食方面实现某种程度的自给自足。这意味着你需要一些星际耕种技能。
火星一号的计划是在人造光照下室内种植作物。根据该项目的网站，栖息地将有 80 平方米的面积用于植物生长；这些植物将利用火星土壤中可能存在的水以及最初四名船员产生的二氧化碳来维持。
“仅靠人们产生的二氧化碳所能维持的作物数量，只够满足一半船员的食物需求。”
然而，去年麻省理工学院研究人员进行的分析显示，这些数字根本无法加起来。
“当你种植养活四个人所需的全部作物时，船员产生的二氧化碳不足以让作物存活，”麻省理工学院的航空航天工程师、该报告的首席作者 Sydney Do 说。“所以基本上作物会在 12 到 18 天内迅速枯萎。”增加更多人也无法解决问题，因为那样的话就没有足够的食物了。“仅靠人们产生的二氧化碳所能维持的作物数量，只够满足船员一半的饮食需求，”Do 说。这真是个两难境地。
那么，有什么方法可以解决这个问题呢？你可以种植更少的作物，但这意味着宇航员最终会耗尽一种重要的食物来源。或者，你可以想办法引入额外的二氧化碳，也许通过二氧化碳清除技术。这种技术，涉及从稀薄的火星大气中吸收气体，目前还处于萌芽阶段。但如果这样的技术能在火星栖息地开发出来，用它来种植更多的作物，可能会对船员的氧气供应产生一些影响。
你会窒息（或者可能会爆炸）
在火星上种植作物不仅仅是为了喂饱饥饿的宇航员；植物将是栖息地可再生氧气的重要来源。这比不断将沉重的氧气罐运往火星要好得多，后者会占用补给任务上宝贵的空间，而且运输成本很高。
研究表明，植物可能可以在火星土壤中生长，然而作物从未在火星重力环境下生长过，因此需要进一步测试才能确定植物是否能存活。但如果可行，养活多名船员所需的植物将产生大量氧气。这不一定是好事。
根据 Do 的报告，封闭环境中过多的氧气会导致船员发生氧中毒的风险增加，甚至更糟，会发生自发爆炸。因此，氧气必须从栖息地中排出。要做到这一点，宇航员需要一种专门的方法将氧气从气流中分离出来。地球上有很多方法可以做到这一点（低温蒸馏和变压吸附），但没有任何一项技术在火星环境下进行过测试，需要大量的研发才能使这些技术在另一个星球上可行。
“需要大量的技术开发，因为目前技术还没有到位，”Do 说。“这些栖息地所需的技术可以在地球上工作，但它们需要大量的人工照料而且体积很大。在太空环境中实际使用，需要将其小型化、降低成本并提高可靠性。”
最近，NASA 提出了在火星上进行“生态建构”——创造一个能够支持生命的运行生态系统。他们的想法是将选定的地球生物，如某些蓝细菌，送往火星，这些生物可以以行星的岩石地貌为食产生氧气。根据 NASA 的一份声明，“最终，火星上的生物圈可能会点缀着通过细菌或藻类驱动的转化系统提供的生态建构氧气，为探险队提供住所。”然而，该航天机构没有说明这些生物需要多少二氧化碳，以及它们是否能依靠船员产生的空气来维持。
还有 MOXIE——火星氧气就地资源利用实验——它可以消除对植物基氧气的依赖。这台机器由麻省理工学院的研究人员开发，它通过从火星大气中提取二氧化碳并将其分解为氧气和一氧化碳来工作。MOXIE 的低规模版本将在 NASA 下一次探测器上登陆火星，该探测器计划于 2020 年发射。如果成功，MOXIE 可以提供可再生的氧气来源，而无需处理种植作物带来的难题。
你甚至可能根本无法到达那里
所有这些场景只有在你真正到达火星后才成为关键问题。但残酷的事实是，你可能甚至无法在旅途中幸存下来。除了航天器硬件的任何并发症或与太空碎片的意外遭遇，太空中仍然潜伏着一个无法轻易避免的重大杀手：辐射。
低地球轨道以外的深空环境充满了宇宙射线——高能粒子。这些太空辐射很容易穿透航天器的外壳，长期暴露可能会对人类健康产生奇怪的影响。
最近一项针对小鼠的研究表明，长期暴露在宇宙射线中可能会导致大脑发生异常变化。在模拟宇宙射线照射小鼠后，研究人员注意到小鼠失去了许多重要的脑突触。后续对小鼠的行为研究表明，它们的好奇心减弱，显得困惑——这是一个令人不安的结果，对未来的火星之旅有令人不安的启示。
低地球轨道以外的深空环境充满了宇宙射线。
但也许更令人担忧的是，太空辐射已知会增加患癌症的几率。目前，NASA 会监测每位宇航员在其职业生涯中一生中暴露于太空辐射的总剂量。如果任何人因太空辐射导致致命癌症的风险增加 3%，NASA 将永久禁止该宇航员飞行。
在空间站上，宇航员由于地球磁场的影响，在一定程度上受到了宇宙射线的保护，因此需要一些时间才能达到 3% 的极限。但在长达数年的深空航行中，没有磁层来保护他们。而且一些宇航员可能比其他人更容易受到辐射暴露的影响。
“因为女性通常比男性寿命长，在 NASA 的预测模型中，她们在一生中患癌症的可能性要大得多，即使暴露量与男性相同，”国家太空生物医学研究所 (NSBRI) 的首席科学家 Dorit Donoviel 表示。“计算表明，女性可能不应该去火星，因为任务持续期间的累积暴露量将超过允许的最大 3% 的终生癌症风险。”
火星还是泡汤？
这一切听起来可能很扫兴，但它突显了在前往火星之前，我们还需要克服多少障碍。NASA 承认他们也尚未做好准备，该航天机构目前正在向公众征集关于如何确保火星宇航员安全的想法。这项比赛被命名为“奔向火星挑战”，将奖励 5,000 美元给三名获胜者，他们将提出开发维持人类在火星上生存所需要素的方法。
NASA 在关于该挑战的声明中表示：“这可能包括住所、食物、水、可呼吸的空气、通讯、锻炼、社交互动和医疗，但我们鼓励参赛者考虑这些例子之外的创新和创意元素。”
关于 SpaceX 的火星任务计划知之甚少，但首席执行官埃隆·马斯克表示，他希望在今年晚些时候公布细节。但 NASA 管理员 Charles Bolden 对 SpaceX、火星一号以及所有其他有宏伟梦想访问这颗红色星球的私营公司有一个信息：你们需要帮助。Bolden 在 4 月份的一次关于太空和技术的美国众议院委员会会议上发言时表示，他对 NASA 实现火星任务的努力充满信心，尽管他对所有私人事业的信心较低。“没有 NASA 和政府支持的商业公司是无法到达火星的。”
安迪·威尔 (Andy Weir) 的处女作小说《火星救援》(The Martian) 也探讨了在火星栖息地长期生存的挑战，这部小说将在今年晚些时候搬上好莱坞大银幕。这本书讲述了宇航员马克·沃特尼 (Mark Watney) 的故事，他被他的船员误认为已死并离开地球后，独自一人在火星上挣扎求生。沃特尼必须克服重大障碍，例如自己种植食物和寻找巧妙的方法获取水。威尔呼应了 NASA 的观点：即使你拥有所有正确的技术，你也无法为一次完美执行的任务做好准备。“一次火星旅行最重要的事情是考虑故障，”他说。“你如何确保任务计划考虑到了这个和那个？为了写这本书，我一直在想象‘嘿，什么东西会坏掉？’但有几件事情，有几个问题我们还没有解决。”
尽管威尔的书侧重于最坏的情况，但他相信我们总有一天会到达我们的邻居那里；只是需要大量的时间和大量的金钱。“到达火星是一项巨大的工程，我认为目前我们还没有技术来完成，”威尔说。“但我们可以。这件事终将发生。”
