太空农场、离子引擎、去火星？那些已成现实的黑科技 -- 果壳网 -- 传送门
太空农场、离子引擎、去火星？那些已成现实的黑科技
Gwen N/编译
一直以来，火星都在人类的想象和文化中占据着中心位置。古人讶异于它的红色，以及年复一年循着周期跌宕起伏的亮度。早期的望远镜观测让一些人猜想这颗星球被运河所覆盖，而这些运河则是火星居民用于交通和贸易的通道。在《世界大战》一书中，作者H.G. 威尔斯（H.G.Wells）设定了一个将会企图征服地球的火星文明。在1938年，奥森·威尔士（Orson Welles）将威尔斯的小说改编为广播剧，并惊吓到了一群以为自己正在听真实新闻的听众。相较而言，火星和人类之间的真实故事就没有那么浪漫，但其迷人之处并不减损分毫。望远镜的观测将天上的明亮红点变成了模糊而斑驳的碟形，使人们产生了火星上有运河存在的白日幻想。就在50年前，一架经过火星的航天器拍下了它的第一张照片，显示火星拥有模糊的大气层。现在，经过数十年的火星探索，人们发现火星曾经存在过开放水域——生命存在的基本要素。1965年，水手四号拍到了人类首张近距离火星照片。图片来源：NASA即使在互联网时代，人们对于火星的痴迷也并未消退。一个热爱写作本身，并乐于把自己的科幻小说发上博客的前程序员安迪·威尔（Andy Weir），将一位NASA宇航员搁浅在火星的故事写成了连载。这个故事大受欢迎，最终，安迪·威尔将它改编为一部成功的小说——《火星救援》，其同名电影在2015年十月上映。《火星救援》把关于火星的想象和事实结合在了一起，将故事建立在NASA和其他组织为探索火星所做的共同努力上，并把时间推移至2030年——那时，NASA的宇航员会定期登上火星，并在火星表面上生活一段时间，进行探索工作。尽管小说的故事发生在20年后，NASA实际上已经拥有了电影中出现的许多技术。居住舱
Habitat在火星上，沃特尼（Watney）花了大量的时间呆在居住舱里，他远离家园时的家。未来登陆火星的宇航员也将需要这样的一个家，要不然，宇航员们就得穿着太空服、躺在尘土里度过他们的火星时间。在《火星救援》中，一个人造的居住舱（Hab）对帮助人类探索火星是非常重要的。图片来源：Twentieth Century FoxNASA的人类探索研究模拟器（HERA）是一个模拟外太空居住舱的独立空间。这个两层楼的空间由生活区、工作区、卫生舱和一个模拟气闸组成。在其中，测试对象们需要执行操作任务，完成负载目标，并共同生存14天（很快将计划增加至60天），在孤立环境中模拟未来的任务。宇航员近期也在利用这一设施模拟国际空间站的任务。这些模拟提供了人为因素、行为健康以及处理应对方面的宝贵数据，有利于加深NASA对未来如何执行外太空探索任务的理解。工作人员在位于NASA约翰逊航天中心的HERA执行任务。图片来源：NASA太空农场 Plant Farm目前，国际空间站的宇航员可以从货物补给飞船获得足够的食物，有些飞船还是商业公司提供的。但在火星，人们无法依靠地球补给获得食物——即使是用最快的方式运送，也要花上至少九个月。如果人们想要在火星上生存，他们就需要持续的食物来源。因此，他们将需要自己来种植作物。《火星救援》中的宇航员马克·沃特尼在火星上种植土豆。图片来源：Twentieth Century Fox现实世界中，NASA宇航员谢尔·林德格伦（ Kjell Lindgren）正在国际空间站收割“素生”（Veggie）项目中种植的生菜。图片来源：NASA在《火星救援》中，沃特尼将他的居住舱变成了一个自给自足的农场，而土豆则成为了火星上的第一项主要农产品。而现在，在地球的近地轨道附近，生菜是最为充足的作物。在国际空间站有一套可应用的新鲜食品生产系统：“Veggie”。使用红、蓝和绿色光，Veggie项目能使植物长在“枕头”上——含有介质和肥料，表层能进行毛细作用的小袋子，并能被宇航员收获。在2014年，宇航员通过这个系统成功种植了“Outredgeous”红色长叶莴苣，并在最近第一次品尝了这种宇宙蔬菜。这是太空种植上重大的一步，同时，NASA也希望进一步扩展作物的数量和种类，以满足未来登陆火星的宇航员的营养需求。红光照射下的“Outredgeous”红色长叶莴苣，即将成为国际空间站宇航员们的美餐。图片来源：NASA水回收 Water Recovery火星表层上没有任何湖泊、河水或者海洋，如果从地球上运水过去则要花上九个月以上的时间。火星上的宇航员必须创建出自己的供水系统。因为战神3号上的水回收装置，宇宙飞船上的全体成员在火星上没有浪费一滴水，而沃特尼则需要凭借自己的聪明才智，来保证自己在这颗红色的星球上不至脱水，并且生存下来。在国际空间站上，没有一滴汗水、眼泪甚至尿液会被浪费。环境控制和维生系统会回收并循环使用从各种地方采集来的水：尿液、洗手水、口腔清洁时使用的水等等。通过水回收系统（WRS），水被回收、过滤，并重新被投入使用。一个宇航员曾这么说过：“昨天的咖啡就是今天的咖啡。”在太空中，液体的确会造成一些棘手的问题。水回收系统等相关系统必须考虑到，在微重力空间中液体的表现是非常不同的。比如，水回收系统处理尿液时必须使用离心机来进行蒸馏，因为在太空中，液体和气体并不会像在地球上那样分离。NASA没有停止过研发水回收新技术的脚步。目前，有研究正在试图提升一次性多用过滤网（用于过滤无机污染物，以及不挥发的有机污染物）的性能，使之成为水回收系统中更具永久性的部件。卤水回收过程则会从尿液蒸馏的“底料”中回收每一滴水。在未来的探索任务中，宇航员对来自地球的水和零部件补给的依赖将会减少。这项科技也被引进给了地球上的一些偏远地区，或者遭受严重自然灾害的地区，来为他们提供清洁的饮水。氧气生成 Oxygen Generation水，食物，庇护所：它们是在地球生存的三项基本要素。然而，还有一个第四要素往往被我们忽视，因为在地球上，这种要素总是可以免费获取——那就是氧气。在火星上，沃特尼可没法跑出门外，呼吸一口新鲜空气。要想活下来，他无论去哪儿都必须随身携带自己的氧气补给。但首先，他得制造出自己的补给。在他的居住舱中，他用的是“氧合机”——一种用来自火星升空载具（MAV）的燃料制造机富集的二氧化碳来制造氧气的工具。在国际空间站，宇航员们拥有氧气生成系统，它对空间站内的空气进行再处理，高效、可持续地为宇航员们不间断提供可呼吸的空气。这种装置通过电解过程，将水分子中的氢原子和氧原子分离。其中，氧气被释放到空气中，而氢气则会被丢弃到宇宙中，或者被送入萨巴捷系统——一种从空间站大气的副产品中提取水的系统。火星宇航服 Mars Spacesuit火星表面对于人类来说可并不怎么适宜。那里大气温度非常低，也几乎没有可以呼吸的空气。在居住舱外的火星表面采集样本、维护设施时，宇航员要想活下来，宇航服是必不可少的。演员马特·达蒙（Matt Damon）饰演的NASA宇航员马克·沃特尼。图片来源： Giles KeyteNASA号召公众为Z-2模型宇航服的三种外观设计投票。图片来源：NASA在他度过的那些火星日（sol，也就是火星上的日出日落一周期）中，马克·沃特尼经常穿着宇航服工作，他最后还需要在火星上长途旅行。因此他的宇航服应当是灵活、舒适而可靠的。现在，NASA正在研究可用于火星探索的宇航服技术。从穿越火星地貌到采集岩石样本，设计工程师需要考虑到宇航员在火星上所需执行的一切任务。Z-2和Prototype eXploration宇航服是NASA设计的新型宇航服样本，它们运用了新技术解决了一些独特的问题，日后，这些技术将会被用于首批登上火星的宇航员们所穿的宇航服上。它们分别用于解决不同的技术缺口——也就是宇航服完成火星任务所缺失的功能。宇航服设计工程师在硬复合材料和纤维间进行权衡，寻找耐用性和灵活性的平衡。行走在火星中的一大挑战是火星上的尘土。在火星表面行走后，火星的红色土壤如果被带入了宇宙飞船内，会对宇航员和舱内设施造成影响。为了应对这一问题，新宇航服的背后加上了宇航服接口（suitport）的设计，这样，宇航员们就可以从舱内快速跳进宇航服，将宇航服留在舱外，从而使室内保持清洁。直接从舱内跳进室外宇航服的接口设计。图片来源：Wikipedia火星车 Rover当人们降落到火星上之后，他们至少要在火星上呆上一年时间，以等待火星和地球运行到回程距离最近的位置。这一点给了宇航员们大量的时间进行实验、探索周围环境，然而，他们不会愿意把探索范围限制在步行可及的区域内。因此，宇航员需要使用稳健、可靠、功能多样的火星车，前往更遥远的地方。在《火星救援》中，沃特尼开着他的火星车跑了好几趟，他甚至还对他的火星车进行了一些不怎么正统的改装，好让自己生存下来。电影中的火星车。图片来源：Giles KeyteNASA的多任务太空探索车（MMSEV）。图片来源：NASA今天，在地球上，NASA正在使用多任务太空探索车（MMSEV），为可能遇到的一切情况做准备。MMSEV已被用于NASA的模拟任务项目，以帮助解决NASA已经知晓的问题，发掘尚未发现的问题。这项技术的用途十分广泛，可被用于支持未来探索小行星、火星、火星的卫星及其他类型的任务。目前，MMSEV已经为解决诸如行驶距离、快速进出和辐射保护等问题发挥了作用。为了保证探测器的机动性，一些版本的探测器装备了6个转向轮。这样，即使有一个爆胎，只要向上收起出了问题的轮胎，火星车依旧可以正常运作。火星车 Rover《火星救援》中，在往返火星的旅途中，战神3号上的宇航员们在赫尔墨斯号宇宙飞船上生活了几个月的时间，使用离子引擎这种有效的推进方式，穿越了将近5亿千米的空间。离子引擎的工作方式是向氩气或者氙气通电，以大约每小时35万公里的高速释放出离子。宇宙飞船受到的力像微风一般轻柔，但通过年复一年的持续加速，飞船最终可以达到惊人的速度。离子推进还允许飞船多次改变它的轨道，然后脱离轨道，奔向另一个遥远的世界。NASA设计的“新一代”（NEXT）离子引擎。图片来源：NASA这项技术使NASA今天的航天器，比如曙光号探测器，得以尽可能地减少燃料的消耗，并能够完成一些疯狂的轨道变换。曙光号目前已经完成了超过五年的持续加速，累计速度变化达到了每小时40000千米，超过了任何只靠自身推进系统推进的宇宙飞船。一路上，它完成了人类对矮行星灶神星以及小行星谷神星的第一次造访。太阳能电池板 Solar Panels 火星上没有加油站，没有发电厂，同时也几乎没有风能。对这颗红色星球上的载人任务来说，太阳能能帮上宇航员们的大忙。《火星救援》中，赫尔墨斯号宇宙飞船使用了太阳能电池阵来发电，而马克·沃特尼不得不采取一些非传统的方式使用太阳能板，来维持自己的生存。国际空间站上的太阳能电池板，背景中的星球是地球。图片来源：NASA在国际空间站，四套太阳能电池阵能够产生84到124千瓦的电力——足够向四十户人家进行供电。空间站并不需要那么多的能量，但如果出了差错，冗余能够有助于降低风险。空间站的太阳能发电系统是非常可靠的，自首批宇航员在2000年登陆至今，空间站一直安全地向宇航员们提供着电力。NASA的猎户座飞船——一艘将会带着人们到达前所未有距离的飞船——也将会使用太阳能电池阵列来执行日后的任务。在阳光下时，电池阵列能收集能源，为船上的锂离子电池充电。在没有阳光的情况下——比如在月球背后运行时——仍然会有足够的能量供猎户座飞船运作。NASA的新一代飞船猎户座号。图片来源：NASA放射性同位素热电发生器 RTG40多年来，NASA已经安全地使用放射性同位素热电发生器（RTGs），为包括阿波罗登月计划在内的二十多个任务提供了电力。 “好奇号”火星车，以及即将升空的火星2020探测器等航天器使用的则是经过改进的新一代发电装置。RTG是一种将钚-238的自然放射性衰变的热量转化为可靠电力的“太空电池”。“好奇号”上的RTG产生的电力不超过110瓦特——仅仅略高于普通的灯泡所需的电力。在《火星救援》中，宇航员们把基于钚的RTG能源埋在离他们的居住舱很远的地方，以防核泄漏发生。就像电影中所说的一样，为了避免任何可能的泄露，钚-238本身就有几层坚固而先进的材料，即使经历了严重事故也不至于泄露。RTG主要发出阿尔法射线，它只能在空中移动几厘米，也并不会穿透衣服或者人类皮肤。只有当它被分解成微粒或蒸发，并被吸入或摄入的时候才会对人类的健康产生危害。这种同位素是以陶瓷形式制造的，特别地是，它不溶于液体，因此，被吸入和摄入的可能性实际上是微乎其微的。在现实中，火星环境的自然辐射比RTG产生的辐射要大多了。从外太空落到火星上的电离辐射雨对人类的健康也更加有害。目前，NASA的火星任务也正在分析火星上的辐射环境，好让任务规划者为未来的宇航员设计保护措施。未来的探险家需要在到达火星之前，确保有可靠持久的能源保证他们的生存。电力系统可能包括由更有效的放射性同位素发电系统、太阳能、燃料电池和核裂变组成的一系列组合。火星征程、载人航天是个危险的行当。NASA计划在21世纪30年代将人类送上火星，但在这之前，要保证宇航员们安全地返回地球，还需要实现许多里程碑式的进步。斯考特·凯里（Scott Kelly），一位目前已经在国际空间站生活了一年的宇航员，完美地总结道：“太空是艰险的。对航天的每一层面来说，误差幅度都几乎接近于零。然而，在走向火星的征程中，我们得以更深入地理解宇宙；我们学到和带回的所有一切，最终都将惠及全人类。”（编辑：Stellasun）物种日历ID：GuokrPac如何科学种土豆？本文来自果壳网，谢绝转载如有需要请联系《火星救援》吐槽专区，戳【阅读原文】~
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12月3日 12:56俄媒：中国研制出史上最强大离子喷气发动机
责任编辑：朱方雨
核心提示：中国新一代离子发动机的全线性能高于卫星和飞船目前使用的同类产品。此款离子发动机的加速度可达30公里/秒。
1月14日报道 俄媒称，中国研制出世界上最强大的离子喷气发动机。 &据俄罗斯卫星网1月14日援引香港《南华早报》报道，据中国《科技日报》消息，中国航天科技集团公司第五研究院502所专家向客户展示了新一代离子发动机。报道称，1971年苏联发明的离子喷气发动机已用于航天领域数十年，目前全世界的科学家都在研制该款发动机的改进型。报纸写道，中国新一代离子发动机的全线性能高于卫星和飞船目前使用的同类产品。此款离子发动机的加速度可达30公里/秒。但研制人员称，可将这一指标提高至少30%。离子喷气发动机的工作原理与化学燃料发动机有很大差别，离子发动机可在较低温环境下运行，重量更轻，燃料耗费量是其它型号火箭发动机的十分之一。报道称，中国将成为世上首个在高环地轨道卫星上测试最新技术的国家，但卫星的具体发射日期尚不知晓。（图片来源：俄罗斯卫星网）
凡注明“来源：参考消息网”的所有作品，未经本网授权，不得转载、摘编或以其他方式使用。　　离子推进器虽然推力小，但可以持续的产生，相当于给航天器一个持续不断的加速度，由于太空中的阻力可以忽略不计，因此航天器经过累积后可以达到惊人的速度。离子推进器相当节省“燃料”，NASA的最新离子引擎，连续运行5年后消耗的推进剂只有770公斤。
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离子发动机目前最大达到的推力是多少？ 我国离子发动机有没有开始研发？
提问者采纳
前的离子发动机的最大缺点是推重比太小，就有动力，还是能达到极高的速度。但由于其可以不依靠化学燃料，同过不停歇的加速度，目前其推力只相当于一张纸对于你的手的压力，甚至有宇宙射线。我国未闻开发，再加上太空的环境，只要有阳光
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其他1条回答
所有的离子发动机推力都很小很小，因此只能用在太空的真空环境中，中国还没有可以实用的离子发动机。
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出门在外也不愁离子引擎的实际应用_百度知道
离子引擎的实际应用
我有更好的答案
此次的连续运转是从日开始的.com/zhidao/pic/item/c9c93d5cbeb02f983df8dcd000549d.hiphotos。<img class="ikqb_img" src="http://e、水星探测计划BepiColombo以及环绕太阳的Solar Orbiter中，中国发射的首颗民用新技术试验卫星“实践9号”就采用了510所研制的离子电推进系统。此次为期5年半的推进运行。1997年8月发射的PAS-5是首颗采用XIPS的人造卫星://e.com/zhidao/wh%3D600%2C800/sign=c7b53cad44a1bab2f3ecbeb02f983df8dcd000549d.hiphotos，波音公司还研制出商用离子引擎XIPS，小行星探测器“隼鸟2号”的离子引擎的第二次连续运转已顺利完成。2001年，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）宣布.baidu，已完成了对离子发动机超过48000小时的驱动测试，美国NASA的进化氙推进器（NEXT）项目，到6月7日上午0时25分.com/zhidao/wh%3D450%2C600/sign=3266016abe014ac77f3ecbeb02f983df8dcd000549d。欧空局还计划将离子引擎技术用在未来的引力波探测计划LISA。 2012年10月，辅以化学推进系统，欧洲空间局的SMART-1探月计划也使用了离子引擎为主推进装置除去科研应用，已按计划连续运转了102小时.hiphotos。2003年日本发射的Hayabusa则使用了与前二者稍有不同的微波离子引擎.jpg" esrc="http，是太空推进系统史上测试时间最长的一次，NASA也在考虑为将来探测木星卫星的Prometheus探测器安装离子引擎.baidu
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