把人送上火星，究竟难在哪里？

　　这是一则我在头条问答的解答，现在搬运到这里。未经允许，谢绝转载。
　　把人送上火星，究竟难在哪里？有哪些需要解决的技术难关？
　　提问者说：火星是目前除地球之外人类研究程度最高的行星，也是载人登陆的首选行星。人类一直在研究登陆甚至殖民火星，但到现在都未能实现把人送上火星，究竟难在哪？
　　要问难在哪里，当然是考虑到宇航员的生存问题。
　　如果是搬运一堆机器人过去，难度会少很多。但运送宇航员这样的大活人，首先是费用上的困难。运送机器人的费用，大概只要运送宇航员的1%。包括诺贝尔物理学奖获得者温伯格在内，是比较反对美国国会把有限的航天经费用于载人航天的（其实美国宇航局做不了自己的主）。
　　哈勃望眼镜
　　温伯格认为，载人航天代表的更多是政治意义，在科学上意义不大。比如，维修哈勃望远镜完全可以派遣机器人去做，而让宇航员到太空去维修，不但增加了周期，而且使得经费增加了好几十倍。人工维修一次哈勃望远镜的费用都可以重新建造几个新的望远镜了。
　　温伯格
　　不过，想要在未来大规模地进行太空移民，发展载人航天是必不可少的。而载人航天存在着火箭运行时间周期长的问题。现在的火箭主要是化学能源火箭，速度慢，载重少。要想前往遥远的火星，或者去更遥远的行星探险，起码需要核动力火箭。核动力火箭现在在技术上还不成熟。不过，这个问题在将来是好解决的，技术上也不是不能解决的。
　　那么，更主要的是一个宇航员的生活问题。要知道，地球到火星的距离非常遥远，来往要2年左右。这么长久的时间，宇航员拥挤在一个狭隘的地方，如何生存的难题？如何保证身体健康和心理健康不出问题？正常人在幽闭的环境里面很快就会发疯，宇航员心理素质比普通人会好一点，但也有极限。所以，火箭的生活区要尽可能地阔大一点，要有娱乐设施，人员数量至少要保证4~5个人，这样可以互相交流。不交流的话，就会让宇航员发疯。而增加生活区域，就极大地增加了远航的成本。
　　中国空间站内部场景
　　此外，还要考虑宇航员身体健康，在微小的重力环境中，人体的钙质会流失，宇航员一年都在飞船上面，是很容易骨折的。曾经有宇航员在国际空间站待了四个月，回到地面后用了三个月才恢复正常行走。仅仅依靠锻炼和饮食，是不能完全解决问题的，还需要加大这方面的医学研究。
　　外太空的强辐射更是杀手，会对宇航员造成生命的威胁。这些都是要考虑进去的。总之，利用当下的载人航天技术去做火星旅行，还是一个比较大的难题，需要我们进一步研究。
　　我的想法是做出某种类似＂防护罩＂的装置。在科学原理上说，这种技术是可能实现的，但还是研究的起始阶段。全球范围内研究电磁＂防护罩＂技术最先进的国家，并不是大家脑海中的＂西方发达国家＂，而是中国。具体的是中国科学技术大学。
　　这所大学产生的院士数量超过了清华北大
　　一旦电磁＂防护罩＂技术成熟和投入应用，就是从事航天事业的宇航员的福利。飞船配置上这种＂防护罩＂，理论上可以抵御很强的宇宙射线辐射。宇航员往返一次火星，最快需要360天，久一点的需要480天。即使是360天的旅程，宇航员也要遭受2/3Sv（希沃特）的辐射，相当于在核潜艇上维护核反应的工作人员一年允许辐射量的15倍。以后宇航员肯定要航行到比火星更远的深空区域，他们遭受的辐射也要远远大于这个数值。甚至会出现几十万人居住的超级世代飞船，几代乃至十几、几十代人都毕生生活在一艘庞大的太空船上，就需要一种技术保护所有人的生命安全。而电磁＂防护罩＂就具有这种优越性。这种防护罩的工作原理就是直接在飞船的外壳产生电磁场，用于抵挡或者偏移来自外界的辐射。
　　防护罩技术可以分为三种模式，但每一种防护罩技术都有一些急需解决的难点。
　　第一种模式，就是在飞船的外壳产生带负电荷的电磁场。一切原子都由一个带正电的原子核和围绕它弥散运动的若干电子组成。电子 （Electron），是一种基本粒子，带有负电，电量为1.602176634 10-19库仑。这种负电荷的电磁场，将整个飞船包裹在里面，由于同性相斥的原理，可以抵御绝大多数带负电的粒子。因为宇宙辐射中很多都是带负电的粒子。制造出带负电荷的电磁场，在技术上是最简单的，其实我们现在就可以做到。但是问题在于，整个飞船都被这种负电荷电磁场包裹起来的话，由于宇航员或者其他船员长时间被整个包裹在里面，会不会出现一些生理上的问题？低能态的负电荷作用于人体，就会造成一些新陈代谢上的改变，有些是正面的，也有些是负面的。飞船被一个能量基数很高的负电荷电磁场包裹起来，这些强电磁场对人体有没有危害，目前还需要研究。
　　石墨烯与超导
　　第二种模式，即模拟地球环境，在飞船外壳附近制造一个强磁场。这个需要更高的技术水准。需要对超导技术的突破。曹原研究的课题方向就是石墨烯与超导，这是一个很有前途的研究。石墨烯的特殊结构，使其具有优异的导电性能，所以它被用于关于超导体的研究。
　　曹原通过研究发现，偏转两层石墨烯的方向，使其夹角变为1.1度，则在1.7K的情况下，石墨烯就可以表现出超导特性。但起码在本世纪内，超导不太不能在室温条件（18~26摄氏度）下实现。因为超导现象需要超低温。见我之前写的《中国科学天才曹原，能不能拿诺贝尔奖？》一文。如果说第一种模式的难度为100，第二种模式的难度就为10000，是前者的100倍。而且，还有一个特别难以解决的困扰，就是人体在强磁场环境中会出现健康方面的不利因素。所以，研究这种防护罩的要点在于，要控制这种强磁场的作用范畴，让这种结界仅作用于飞船的外壳附近，而不能直接作用于飞船乘客的人体处。所以，需要研制一种屏蔽强磁场的涂料或者其他材料，将强磁场隔绝在人员活动区的外面。虽然实施起来困难重重，但这种技术是最有发展前景的，因为它的抵御宇宙射线辐射的效果是最佳的。除了不能近距离抵御超新星爆发的辐射冲击波，它可以抵御绝大多数来自银河系的射线辐射伤害。
　　曹原
　　第三种模式，就是采用等离子防护。火焰就是一种低温的等离子态。这种方案是利用困在强磁场中的大量电离粒子屏蔽宇宙射线辐射。从技术原理上说，似乎并不困难，其难度系数和第一种模式即负电荷电磁场差不多。而且等离子防护需要的原材料和技术都是现成的，启动防护罩之后所消耗的能量也是最低的。但它也有实施的困难，就是生成电离子场的机器设备，其损耗非常大。比如，假设采用其他模式制造防护罩可以重复1000次，采用等离子场防护罩就只能重复80~100次。简单说，就是太费钱了。而且启动等离子体的设备，需要大量的电能，这就需要我们制造出核聚变发动机才能满足需求。而核聚变发动机可能还需要2个世纪才会投入应用。
　　詹姆斯·韦伯太空望远镜发射升空
　　总而言之，其实上述的三种防护罩模式都要花费特别多的钱。费用过高，会限制航天事业的私营化和市场化。政府和公益部门不可能无限制地投入资金用于发展航天。只有当航天成为一门好的生意，确实有利可图，让资本市场觉得值得，才会源源不断地投资进去，产生一个健康的市场。所以，降低成本才是关键。既要保护宇航员在执行任务的过程中可以健康地活着，也不能投入的资源太多，超过＂警戒线＂。所以，高档和低档防护措施的结合，是一个值得考虑的方案。比如，宇航员在执行任务时，可以采取自动预警方案。如果计算机发出预警，说马上要进入强辐射的高危区域，或者恒星目前阶段有耀斑的迹象，检测到全波段的电磁辐射有增强的现象，飞船即自动采取电磁场防护罩的高档手段。如果处于一个危险系数较低的过程，则飞船不使用电磁场防护罩，而是采用普通的防护措施，比如使用某些惰性物质的物理防护。这样才更加经济。
　　太阳耀斑现象
　　登陆火星的时候，还存在一个＂黑色七分钟＂的难关。当载人火箭在穿过火星大气层即将＂踏＂上火星表面时，是最惊心动魄、生死攸关的时刻。火箭进入火星大气层的时候，时速高达21000公里（每秒5.9公里），要在短短七分钟的时间内，让探测器的速度降至零，从而实现安全着陆。这也是所有火星探测任务中技术难度最大、失败概率最高的关键时刻，被称为＂黑色七分钟＂。二十世纪六七十年代，人类曾经对火星探测很有热情，发射了很多枚火星探测器，但整体成功率不足18%。保证载人火箭在火星表面成功登陆，就要考虑安全性问题，必须无限接近100%的成功率才行。人类不是机器，机器摔了就摔了，人类的生命很宝贵。
　　＂猎兔犬-2号＂着陆器
　　最后，看见有人问＂为什么探索器去了火星多次，居然没有带回来火星的土壤？＂归根到底，还是当前在技术上达不到要求。
　　作者：怀疑探索者