很久以來，人類對火星這個位于太陽系“宜居帶”內的“類地行星”充滿了好奇和親切感，近年來更是掀起了火星移民熱，但在移民之前我們必須考慮的問題是，在這個環境十分惡劣的“類地行星”想要自由活動，人類需要穿什么呢？和地球軌道上航天員出艙時穿的艙外服一樣嗎？

火星環境

火星是太陽系探測最熱門的行星，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的類地行星，距離地球最近時視星等是-2.94（注：視星等，為天文學術語，是指觀測者用肉眼所看到的星體亮度。視星等的大小可以取負數，數值越小亮度越高，反之越暗）。

▲地球與火星的真實比例

（來源：wikimedia）

火星的質量為地球的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大氣層的保護，在與太陽風數以億年的相互作用下，原本就比地球更容易逃逸的大氣已相當稀薄，其地表的大氣壓只有地球的0.6%，已經遠低于阿姆斯特朗極限（大氣壓的6.18%，此時水的沸點等于人的體溫）。如果人類在沒有任何加壓措施的情形下身處火星，那么包括淚水、唾液、血液在內的全部體液都會在極短的時間內沸騰并蒸發逃逸，肺部也會因為脫水而無法進行氧氣的交換。

當然了，也不用太擔心氧氣交換，因為火星大氣基本沒有氧氣。火星大氣約有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2.5微米的顆粒（pm2.5）。雖然火星的大氣成分會讓人聯想到23億年前藍藻尚未大爆發的原始地球大氣，但其知名的沙塵暴又會把人拉回到華北平原的二十一世紀。

由于沒有大氣圈和水圈，且距離太陽更遠，所以火星的平均溫度只有-46 °C (-51 °F),冬季時兩極地區的溫度低達 -143 °C (-225.4 °F) ，而夏季正午時分赤道的溫度則高達 35 °C (95 °F)。

▲祝融號與著陸器合影

（來源：中國行星探測）

由于沒有大氣圈和全球性磁場的保護，火星地表的大部分地方都能直面太陽風的吹拂。在太陽平靜時其地表輻射水平約為244.5 mSv一年，當太陽活動頻繁時，輻射量將更大。而在地球上，這個數值約為 6.2 mSv，根據多邊醫療行動小組（MMOP）制定的宇航員暴露標準，在有防護的情況下，年度限制為500mSv，職業生涯限值為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第一分鐘。第一分鐘你不必考慮舒適耐用、方便活動、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題，那就是隔絕外部環境，并且為你的身體提供足夠的壓力。

人類最早的航天服就是來源于航空壓力服，內層是氣密層，工作狀態下能夠維持服裝的氣密性和壓力，需要高強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時航天服的擬人形態，需要高強度無彈性的材料。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。

存活一個小時

當你挺過了最初一分鐘之后，接下來你不光需要考慮呼吸、散熱、溫度、這些關乎人體新陳代謝的問題，還需要考慮在嚴酷環境中如何保護自身安全。這個時候你就需要在壓力層之外，構建航天服內側的散熱層和外側的保溫層與保護層，還有環控系統、生命維持系統。

由于壓力服的內側直接接觸人體的皮膚系統，因此我們可以通過一套帶有由泵驅動的水冷塑料管系統的尼龍內衣（液體冷卻通風服）幫助人體散熱和散濕。

壓力服的外側直面外部的環境，因此我們通過氯丁橡膠涂層尼龍，還有它外面的鍍鋁PET薄膜，混合織物共同構成艙外航天服的熱防護層。除此之外，為了在火星的沙塵暴和可能的太陽風暴中自保。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層之外再打造最外層的護甲。

▲研制中的Z-2航天服生命維持系統

（來源：wikimedia）

生命維持系統和環控系統目前還沒法集成在衣服里，你只能老老實實背上一個集合了供氧、循環通風、調節航天服內部壓力、過濾廢水廢氣、監測航天員身體指標等多種儀器的大背包。

能夠工作學習生活

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

▲中國飛天航天服

（來源：新華社）

火星有著地球38%重力，因此火星服不能太重，同時關節必須有輔助運動的裝置，在火星上靈活運動的需求比微重力的空間更大。同時從耐用性上來說，火星表面雖不存在嚴重的原子氧等化學腐蝕，但是可能的太陽風暴和灰塵環境中長時間低壓暴露都是嚴峻的問題。2020年7月30日19:50發射的NASA毅力號火星探測器就攜帶了五種艙外航天服外層的材料，對其進行火星環境下的實地測試。

最后需要提醒大家的是，人類在火星穿什么其實就是從零開始研制一款火星服的思路，但是在實際研發中，我們往往還會受到現有技術儲備、技術慣性、甚至是……錢的影響。

如今，尚沒有一個國家能夠在火星登陸，但相信隨著各國載人深空探測任務規劃的落實，航天大國的火星航天服都將陸續和我們見面，從此之后人類在火星穿什么將不再是一個問題。

參考文獻：

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科學審核：楊宇光，中國航天科普大使，國際宇航聯空間運輸委員會副主席

來源: 中國數字科技館