火星上可以建立城市嗎？

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火星那種環境城市如何建造？

征服火星，必須通過建立封閉城市和基地的方式，不可能全面改造火星

人類探火星在60/70年代可謂瘋狂，面對不足三分之一的成功率，蘇聯和美國猶如接力賽一般輪番上陣，蘇聯更是屢敗屢戰從未放棄，直到80年代雙方同時偃旗息鼓。而進入21世紀以來，人類探火星進入新的高潮，美國、俄羅斯、印度、日本、中國都嘗試過火星任務，關於火星的未來開發方案也進入各國航天發展重要日程。

最理想的方案當然是整體開發火星，可是以目前人類航天對火星的認知能夠滿足這個可能性么？

21世紀至今，已經有美國奧德賽號軌道器（2001）、歐洲火星快車號軌道器/著陸器（2003）、美國勇氣號火星車（2003）、美國機遇號火星車（2003）、美國偵察軌道器（2005）、美國鳳凰號著陸器（2007）、美國好奇號火星車（2011）、美國火星大氣專家MAVEN軌道器（2013）、印度曼加里安軌道器（2013）、歐洲火星生命探測計劃ExoMars軌道器/著陸器（2016）等一系列任務攜帶先進的儀器成功探測火星，時至今日依然有8個任務活躍在火星表面和火星軌道上。

它們的研究結論可以歸納為以下幾條：

1. 火星的地質火星已經極其微弱，幾乎沒有板塊運動，地底能量基本散失殆盡，磁場過於微弱無法防禦太陽風和宇宙輻射，大氣成分也缺少足夠來源；

2. 火星在37億年前與地球情況基本相似，除了海洋和湖泊普遍呈現酸性以外，基本能夠維持原始生命，但隨後陷入了不可逆的水分散失過程；

3. 火星大氣現在以每秒至少100克的速度流失，考慮到目前基本沒有補充且流失永不終止，火星大氣將會最終散失殆盡，而目前的水平約是地球大氣壓的1%不到；

4. 火星地下依然含有至少2%的水分，且在夏季時兩極區域和高山斜坡上存在液態鹽水流動情況，越靠近兩極水分越多，兩極冰蓋的水冰含量甚至達到了格陵蘭島的三分之一，足夠人類生存；

5. 火星土壤95%以上是礦物質和金屬，兩極區域含有高氯酸鹽，高氯酸鹽是氧化劑且能作為氧氣來源，大氣中96%以上成分也是二氧化碳，可作為人類未來能量和植物呼吸來源；

因此，火星整體上陷入了一種趨向於更加荒蕪、死寂、空曠且不可逆的過程中，內部能量的散失更是完全無法拯救的，人類基本要放棄對它的整體改造。

在這種前提下，世界各國的研究方案中心都變成建立大型封閉火星基地。

美國方面，無論是NASA（上）還是Space-X（下），未來的方案都是建立基地。

俄羅斯組織了「火星500」系列實驗，這應該是世界上最全面的整體實驗，驗證一個封閉系統和宇航員們經歷長期基地生活的影響，自2008年起已經進行了三批實驗。

中國火星基地模擬

中國也計劃投資4億元在青海省海西州大柴旦紅崖地區建立火星模擬基地，這裡的雅丹地貌是中國被認為「最接近」火星的地方。

目前已經成立探測火星項目的阿聯酋也提出了火星基地方案，計劃在迪拜附近投資1.4億美元建設一個可行的現實火星基地模型。

荷蘭一家私人公司Mars One甚至提出了前往火星基地的「單程之旅」，全球數萬人報名自願參加。

可見火星基地方案已經是各國必然選擇的方案。相比較不現實也不可行的火星整體改造方案，選擇基地方案顯然是唯一的選擇，它的最大優勢在於：全封閉，能完全產生跟地球一樣氣壓、溫度、光照條件，不必受火星外部惡劣環境影響。

而在設計方面，有以下方面需要著重考慮：

1. 基地選址：在北極和赤道之間的大平原地區，地勢較好；這裡水分含量較高（&>3%且靠近北極冰蓋），北極夏季時火星處於遠日點因此夏季很長（火星軌道為0.1偏心率橢圓），白天溫度可以達到20度；火星北半球富含火山岩而擁有足夠建築材料。

阿聯酋的火星基地概念圖

2. 建築材料：火星表面有豐富的礦物質和金屬材料，完全可以採用現在日趨成熟的3D列印技術，只需運送少量印表機器人先期前往火星即可，通過3D列印可以輕鬆實現立體蜂窩狀金屬結構來建立基地框架，強度高質量輕且能防範微型隕石。火星土壤中有40-45%的氧元素、18-25%的硅元素、12-15%的鐵元素、2-5%的鋁元素，可以說對於建造以鋼和玻璃為主要結構的建築物毫無壓力。

3. 能量來源：基地外圍和表面建立大量太陽能電池板陣列（可由硅、氧、鐵、鋁等元素3D列印而來），機遇號和勇氣號火星車已經證明了火星上基本不存在沙塵導致太陽能電池板被覆蓋而無法工作的問題，原計劃工作3個月太陽能電池板就失效的機遇號已經工作了13年且仍在繼續工作！人類也可攜帶大型同位素裂變電機作為能源補充，好奇號火星車採用此項技術仍在火星工作，並被無限期延期，從理論上講它可以繼續工作20年（核電池的放射性元素鈈-238半衰期高達88年）。更何況人類如果掌握核聚變技術，能量就取之不盡用之不竭了。

4.空氣來源：火星土壤中擁有較多高氯酸鹽，可以簡單加熱即可獲取足夠氧氣，（請大家腦補一下中學期間加熱高錳酸鉀和氯酸鉀（氯酸鹽）獲取氧氣的實驗），在封閉環境中維持低壓富氧環境人類即可以健康生存。而且空氣中有96%的二氧化碳，北極更是一望無際的乾冰冰蓋，取之不盡用之不竭。

5. 水分來源：火星地下含有至少3%水冰，經過加熱即可獲取水分，且北極冰蓋底部有大量水冰。

阿聯酋的植物倉方案

6.食物來源：可以建立獨立的植物養殖倉，人類現有的無土栽培、LED養殖技術（極少光照和能量消耗）完全可以實現。在這個相對密封的植物養殖倉中，由於無土栽培養分充足、二氧化碳含量可以遠超過地球、火星重力不足地球一半植物可以生長的更大，這意味著植物的產量將會遠遠超過地球。它們也會產生大量的氧氣供給人類，封閉環境中水分近乎實現無限循環。而植物產生的廢棄秸稈、莖稈、根部等，則可以用來加工飼料，供養家禽牲畜；

7.交通出行：全程封閉的軌道交通，目前地球上無論是海底隧道還是在研超級高鐵都有極高可行性，它們面對的難度遠遠超過火星，但已經被人類運用的非常成熟。對於偶然的戶外情況，火星車也已經成熟的技術。

Space-X的火星上火箭發射方案

而航天技術基本是每個火星基地的必備選項，建造火箭乃至可重複利用火箭目前並沒有技術難度，只需解決最重要的燃料問題。而通過二氧化碳和氫氣（來自於水的電解）的催化反應生成甲烷，從而使用甲烷液氧火箭並不困難，中國中科院大連化學物理研究所的科學家已經研製出了相應催化劑。火星的逃逸速度低於地球一半且幾乎沒有大氣阻力，在火星上進行火箭發射和降落難度要遠遠低於地球。

8.重要資源：對於稀有金屬和礦藏等，完全沒必要依賴地球運輸。火星距離小行星帶已非常接近，這裡有著幾十萬顆小行星，更有數億顆乃至數不盡的極小星體，它們的成分和構造完全不同，不少都擁有地球上極其稀缺的資源。火星上的航天探測要比地球簡單很多，完全能夠建立定期「採礦航班」，採取緩慢控制合適大小的小行星，改變軌道靠近火星，在臨近火星時將其拖入火星撞擊在地表成一個小型礦藏，只需慢慢派車來挖即可，這個難度甚至要低於地球採礦，比起地球運輸過來更是性價比高很多。

以上，希望我國2020火星探測一切順利！