很久以来，人类对火星这个位于太阳系“宜居带”内的“类地行星”充满了好奇和亲切感，近年来更是掀起了火星移民热，但在移民之前我们必须考虑的问题是，在这个环境十分恶劣的“类地行星”想要自由活动，人类需要穿什么呢？和地球轨道上航天员出舱时穿的舱外服一样吗？

火星环境

火星是太阳系探测最热门的行星，也是科幻作品中行星移民的种子选手，火星是地球夜空中最容易被观测的类地行星，距离地球最近时视星等是-2.94（注：视星等，为天文学术语，是指观测者用肉眼所看到的星体亮度。视星等的大小可以取负数，数值越小亮度越高，反之越暗）。

▲地球与火星的真实比例

（来源：wikimedia）

火星的质量为地球的11%，体积为地球的15%，地表重力为地球的38%。它在40亿年前失去了磁层对大气层的保护，在与太阳风数以亿年的相互作用下，原本就比地球更容易逃逸的大气已相当稀薄，其地表的大气压只有地球的0.6%，已经远低于阿姆斯特朗极限（大气压的6.18%，此时水的沸点等于人的体温）。如果人类在没有任何加压措施的情形下身处火星，那么包括泪水、唾液、血液在内的全部体液都会在极短的时间内沸腾并蒸发逃逸，肺部也会因为脱水而无法进行氧气的交换。

当然了，也不用太担心氧气交换，因为火星大气基本没有氧气。火星大气约有96% 的二氧化碳、 1.93%的氩和1.89%的氮，微量的氧分子和水分子。干燥的火星空气中布满了灰尘，包括大量直径超过2.5微米的颗粒（pm2.5）。虽然火星的大气成分会让人联想到23亿年前蓝藻尚未大爆发的原始地球大气，但其知名的沙尘暴又会把人拉回到华北平原的二十一世纪。

由于没有大气圈和水圈，且距离太阳更远，所以火星的平均温度只有-46 °C (-51 °F),冬季时两极地区的温度低达 -143 °C (-225.4 °F) ，而夏季正午时分赤道的温度则高达 35 °C (95 °F)。

▲祝融号与着陆器合影

（来源：中国行星探测）

由于没有大气圈和全球性磁场的保护，火星地表的大部分地方都能直面太阳风的吹拂。在太阳平静时其地表辐射水平约为244.5 mSv一年，当太阳活动频繁时，辐射量将更大。而在地球上，这个数值约为 6.2 mSv，根据多边医疗行动小组（MMOP）制定的宇航员暴露标准，在有防护的情况下，年度限制为500mSv，职业生涯限值为1000mSv。

存活一分钟

在地球，即使不穿航天服，你也可以活80年左右，但是在火星，你首先需要考虑如何活过第一分钟。第一分钟你不必考虑舒适耐用、方便活动、工作通讯、新陈代谢，你甚至可以憋口气而不考虑呼吸，但是你还是有必须考虑的问题，那就是隔绝外部环境，并且为你的身体提供足够的压力。

人类最早的航天服就是来源于航空压力服，内层是气密层，工作状态下能够维持服装的气密性和压力，需要高强度有弹性且有密封性的材料；外层为限制层，承受服装余压，并保持供氧加压状态时航天服的拟人形态，需要高强度无弹性的材料。目前气密层一般使用聚氨酯涂层尼龙，限制层一般使用涤纶。

存活一个小时

当你挺过了最初一分钟之后，接下来你不光需要考虑呼吸、散热、温度、这些关乎人体新陈代谢的问题，还需要考虑在严酷环境中如何保护自身安全。这个时候你就需要在压力层之外，构建航天服内侧的散热层和外侧的保温层与保护层，还有环控系统、生命维持系统。

由于压力服的内侧直接接触人体的皮肤系统，因此我们可以通过一套带有由泵驱动的水冷塑料管系统的尼龙内衣（液体冷却通风服）帮助人体散热和散湿。

压力服的外侧直面外部的环境，因此我们通过氯丁橡胶涂层尼龙，还有它外面的镀铝PET薄膜，混合织物共同构成舱外航天服的热防护层。除此之外，为了在火星的沙尘暴和可能的太阳风暴中自保。一般我们使用耐热、耐磨、防水、阻燃性能都很好的芳纶和特氟龙等材料在热防护层之外再打造最外层的护甲。

▲研制中的Z-2航天服生命维持系统

（来源：wikimedia）

生命维持系统和环控系统目前还没法集成在衣服里，你只能老老实实背上一个集合了供氧、循环通风、调节航天服内部压力、过滤废水废气、监测航天员身体指标等多种仪器的大背包。

能够工作学习生活

当你能够生存了之后，满足工作和生活的长期需求，便携，耐用、舒适，甚至如何与火星车等工程可研设备配合使用就是你需要考虑的指标。

▲中国飞天航天服

（来源：新华社）

火星有着地球38%重力，因此火星服不能太重，同时关节必须有辅助运动的装置，在火星上灵活运动的需求比微重力的空间更大。同时从耐用性上来说，火星表面虽不存在严重的原子氧等化学腐蚀，但是可能的太阳风暴和灰尘环境中长时间低压暴露都是严峻的问题。2020年7月30日19:50发射的NASA毅力号火星探测器就携带了五种舱外航天服外层的材料，对其进行火星环境下的实地测试。

最后需要提醒大家的是，人类在火星穿什么其实就是从零开始研制一款火星服的思路，但是在实际研发中，我们往往还会受到现有技术储备、技术惯性、甚至是……钱的影响。

如今，尚没有一个国家能够在火星登陆，但相信随着各国载人深空探测任务规划的落实，航天大国的火星航天服都将陆续和我们见面，从此之后人类在火星穿什么将不再是一个问题。

参考文献：

[1]李国生, 张瑜. 从宇航服设计到功能性服装的研发[J]. 美与时代：美学（下）, 2006(4):2.

[2]吴国兴. 航天员的个体防护装备——航天服[J]. 中国个体防护装备, 2002.

[3]李敏, 于淼. 美国舱内宇航服的发展与现状[J]. 2021.

[4]张瑞明(译). 俄罗斯行星航天服的设计展望[J]. 载人航天信息, 2010(3):5.

[5]管春磊译, 陈景山校. 月球和火星任务航天服使用需求与系统方案评估[J]. 载人航天信息, 2008(1):15.

[6]寇翠翠. 不同空间环境对舱外航天服性能的影响[D]. 南京航空航天大学.

科学审核：杨宇光，中国航天科普大使，国际宇航联空间运输委员会副主席

来源: 中国数字科技馆