火星上穿什么衣服？（151019）

闵应骅

   美国航空航天局（NASA）于9月28日在华盛顿总部召开了一场紧急记者会，他们宣布在火星表面找到有液态水的证据。自此以后，大家对上火星发生很大兴趣，尤其是好奇心比较重的年青朋友更有兴趣。本月的IEEE Spectrum发表了好几篇文章是关于上火星的。譬如，人们自然会问：到火星上穿什么衣服啊？

   其实，我们至少还得几十年以后才能上火星吧！但是保护宇航员的服装现在就非常需要。去年NASA发布公告，征求太空服设计方案，以适应探索火星的Z-2外部的服饰，及其制造，据说几个月内将公布。有人会说我们不可能近期上火星，今天的航天服只是为了在无重力条件下的工作，不适合在奥林匹斯山边上旅游一个月。那么，第一个火星航天服应该什么样呢？是不是类似于现在航天服，像个充气的人形气球一样呢？或者是像MIT提出的火星航天服，用合体的弹性材料加压做成贴身服装？这可能需要一个设计评价，科罗拉多大学一位教授认为可能还是会采用Z-2那样，虽然不见得最好，但是可用。Z-2现在还不是一个完整的套装，但是，与工程师和航天服专家的讨论提供了第一个着陆火星人服装的大概。

   这种服装最重要的要求当然是对未来的火星探险家的充分保护。从生理学标准来看，火星表面的条件完全相当于真空，空气只有地球表面的1%。因此，未来的火星探险家面临着与今天空间行走的宇航员同样的危险，那就是航天服一个缺口将很快使组织和静脉里的液体水变成蒸汽。身体就会肿胀，血液将会在一分钟之内停止流动。火星还有新的挑战。该行星极弱的磁场对太阳风粒子和宇宙辐射只能提供特别弱的防护。稀薄的空气也使这种服装设计复杂化。在国际空间站外面穿着的航天服用真空，因为真空能够与服装外隔热。但把这种服装运到火星表面，气体分子就在层间流动，带走宇航员的热量。

宇航员面临的另一个问题，阿波罗登月时没有注意到的就是灰尘，由于风的搅动，再和水混合成型所形成的灰尘虽然没有月亮灰尘那么大，但是已经飞入空中，聚集起来，扎成一束，套到航天服外面，降低反射性能。给宇航员带来严重的健康威胁。虽然今天的宇航服也可以防止这些，但穿起来基本走不动。火星上有地球重力的38%。现在的宇航服虽然可以在失重情况下用手杖行走，但他们的臀部、腰部和膝盖都不能灵活活动。NASA的Z-2要设计行星表面行走服装现在就可以在空间站上自由行走。到底什么样？可见下图。

   首先，背上背的是一个自由呼吸袋。今天航天服上的二氧化碳洗涤容器只能用一次，重复使用要先充电几小时。用胺床去除宇航员散发的二氧化碳的双重系统可以多次使用。二氧化碳被过滤器释放，其他还可以吸收气体。护身服包括硬的部分和软的部分，以对抗内部气体压力而成型。材料要能防陨石。火星的重力大于月球的两倍。硬部件和灵活而柔软的外层可以防止穿孔，而又比较轻，便于行走。用于行走的靴子也很特别。阿波罗的靴子在火星上不能用。宇航员需要更坚固、舒服和耐用的靴子，以保证在火星上能呆上几周或几个月。而膝盖要可以跪下。国际空间站太空行走靠手杖，火星上宇航员不但要坐而且要跪，充气加压的服装就有问题，需要可弯曲的膝盖，臀部需要轴承和手风琴一样的连接，以便获得足够的自由度。制作服装的材料需要新的纤维织物。今天的空间服装靠真空提高服装内外的热隔离。火星空气稀薄，需要新的材料调整服装温度，高分子材料能提供一定的辐射防护。穿衣服的过程也要有点特别。为了保护着陆艇的内部空间，服装一般挂在外面。火星表面盖有一层有毒的灰尘，包含生命保障设备的双肩背包从后面穿到宇航员身上，从车上脱离，可以防止登陆艇外面的灰尘进入服装内部。服装外面应该有基本的保障生命的控制设备，包括平面显示和声音指令，譬如监管服装的情况、与其他人的通信、浏览活动清单、拍照、控制光线、导航火星表面等。

   火星服装现在还没有完成，但可能是Z-2。Z-2服装充满了气体，分为三层：抑制层充满气体；构造层撑起这服装，使之连接可活动；一些外围层提供绝热，防护穿刺。不同的Z-2就是弯曲和屈曲的程度不同，特别是在肩部、臀部和腰部。Z-2设计得每平方英寸需要3磅的力量才能活动，大约是海平面压力的一半，最宽的部分，譬如胸部、骨盆部分都用纤维和树胶。Z-2现在并没有完成，目前的衣服还没有一层可以防止极度的高温和辐射。重量大约在140公斤，与美国ISS标准差不多，但有较好的活动性，较高的可靠性和长寿命。当然还有许多问题有待研究解决。外行人只能了解一个大概。