好奇號探測車在火星出任務與影像拍攝。（圖片取自 NASA.gov ）

美國太空總署火星探測車 8 月成功登陸火星，進行星球探險與科學採集研究。外界也開始有著樂觀期待，希望也將人類送上火星，如同阿姆斯壯在外星球表面踏出人類的一大步。不過此舉在火星，並不容易。

根據美國《USATODAY》的報導，人類要 ｢安全｣ 登上火星，得面臨五大挑戰。

難題一：旅行時間長、長時間曝露在外空易致癌

第一個問題是旅行時間。依當前科技來看，人類遠征火星來回需時 2 至 3 年，火星任務宇航員還會面臨到因長期停留在微重力太空艙所導致的肌肉萎縮與骨質密度減少問題。宇航員的身體亦會曝露在大量的宇宙射線與太陽高能粒子環境下，致癌機率因此比一般人高。

參與七次外空任務的宇航員 Franklin Chang-Diaz 表示，外空射線是宇航員健康最大的威脅，再者，長期處於無重力環境下，人體易感倦怠虛弱。

面對這樣的問題，太空船飛行速度必須再加快，才能縮減往返時間以及宇航員的健康風險。

畢業自麻省理工學院的物理學家 Diaz 表示，飛行速度要再加快，就需要更先進的推進系統，超越現行化學與熱核燃料火箭。目前，Diaz 正在開發一種先進的等離子推進系統，可望縮短火星旅行時間至短短 5 個月。Diaz 指出，先進的大功率電力推進器加上核能供電系統，將大幅縮減太空船在星球旅行移動時間。

難題二：外空幅射危害深

火星任務宇航員或在星球表面工作的人員，可能會曝露在高劑量的外太空射線當中，而太陽表面的閃焰會釋放大量的幅射，易引起體內細胞癌變。除了罹癌風險，曝露高劑量射線也易導致後代遺傳缺陷。

為了防堵危險幅射侵害宇航員健康，太空載具必須以最好的隔離幅射材料製作。傳統用來隔離幅射的鋁制防護罩相當厚重，但這樣會使太空船過重而影響速度，因此最好的方式是建造能儲水的外殼，因為水吸收幅射效果好，再配備再生水回收系統。液態氫燃料也有不錯的抗幅射效果。

宇航員在星球表面進行科學研究採集行動時，身上的太空裝必須能提供抗幅射保護，此外宇航員的太空裝內還得穿上一件固態水外套，裏頭還有聚乙烯材質薄膜衣，才能有效防堵射線入侵。宇航員的面罩也要塗上特殊防幅射物質，才能降低罹患白內障的風險。 (接下頁)

難題三：性事怎麼辦？

即使在外太空，宇航員也會有性方面的需求，外界也很好奇他們該如何解決生理需求。俄羅斯的聯盟號太空船與美國軌道飛行任務太空船，執勤時間相較其它外空任務來得短，較不會有這方面的問題，但出勤火星耗時數年，生理問題不得不正視。

太空談 ｢性｣ 聽起來很不正經，但終究須面對。專家表示，忽視宇航員長時間執勤時的性需求並不恰當，如此一來恐影響宇航員的心理健康與執勤表現，可惜的是，在美國太空總署的宇航員健康評估報告中，這個部份似未受到重視。

難題四：無重力環境

長期停留在零重力環境下，宇航員體力易耗弱、還有骨質密度減少、肌肉萎縮等問題，心血管、肺部、與免疫系統功能也都會弱化，宇航員視力也會變差。此外，內耳前庭系統失能，宇航員便會失去平衡感。

解決這些生理問題就只能多做運動。因此在太空站，宇航員每日要花二個小時在跑步機上進行走步或跑步訓練、使用健身腳踏車、或是特製太空健身器材，以降低在零重力環境下出現的不適感。

此外，太空站人員的飲食都是經過專業營養師精心調配，幫助他們適應外太空環境。醫師也會開特別藥方，解決太空站工作人員骨質疏鬆的問題。飲食是外空生活當中重要的一環，相關營養研究也不斷精進，幫助他們維持良好體能狀態，俾能使任務順利進行。

難題五：太空生活一切從簡

火星任務為期甚長，但由於空間問題，不可能把所有的糧食運上太空船，因此宇航員要學著自已種植萵苣、豌豆等小型蔬菜，在外空進行自給自足的生活。至於水方面的需求，宇航員則被訓練將火星極地的冰轉化為水，藉以降低巨大的運水成本。

【好奇號駕駛台裔科學家嚴正NASA實況報導】

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　　《這篇論文打到一半，電腦自動關機，所以只好重打》

　　以上所謂的五大難題，可說是枝節微不足道的小問題，真正問題是被隱藏著；以前俄國多次探測火星均失敗，事實上俄國有關部門早就知道不會成功，但是怕國際知道落後美國太多，因此要虛張聲勢一下。太空科技可以說是集人類所有尖端科技於一身的終端應用科學，許多困難不是參與者所能想像；以我多年關心和所學的，也只是知道一些初步的慨念罷了。

　　 首先來談輻射問題，也就是上述所謂的難題一、二，宇宙射線包含帶電者如質子、α粒子、β粒子、若干介子，多會被些許厚度的金屬阻擋，產生第二次輻射，再加上宇宙射線不帶電者穿透力強，然而登陸火星太空船十分龐大，多重金屬及物品阻擋，所以這不是嚴重的問題。上述文章作者還停留在鋁製防護罩時代，是有點悲哀。難題四：重力問題，如果以圓盤狀太空艙來討論，半徑20m，以14m/s速度旋轉，或是大約9秒轉一圈，裡面的人感覺像在地球一樣；這種方式遲早會被使用。難題三、五則沒甚好說的。

　　接下來談主要的兩個問題：

第一個是動力問題：火箭要做多大？

『穿梭機功成身退後，美國太空總署（ NASA）前日（周三）終於公佈取替穿梭機的新式重型火箭，宣稱是歷來最大和最強力火箭，預計10年內載太空人升空，最快 2030年送太空人到火星。NASA前日公開新一代「太空發射系統」火箭設計方案，體積及外型與1960年代阿波羅火箭相似，也是採用低溫液態氫及液態氧等燃料推進，首階段研發的火箭高 98米，載重量達 100公噸，之後NASA會建造更大型火箭，高 122米，重 2,950公噸，載重量達 150公噸，推動力較登月用的「土星五型」火箭強 20%，計劃料耗資350億美元（ 2,729億港元）。NASA的目標是在 2017年進行首次無人試射， 2021年發射首批太空人升空，2025年到近地小行星探索，終極目標是在 2030年送太空人遠征火星。美聯社 』

以上規模只是送太空人到火星軌道環繞，如果要登陸火星，太空人要從火星，再用火箭發射升空返回地球，先算這個火箭要多大，然後再算從地球將這個火箭載送到火星的火箭有多大；我們將會得到至少需要NASA所說新型火箭還要大20倍達到5萬噸以上。所以如果是使用目前的燃料，就是這樣，然而似乎還沒有人設計如此巨大的火箭。

　　來日如果人類能在火星生存，並生產燃料，以上的數字才可以縮小，或著有新的燃料被使用。

第二個是航道的問題：如何從地球到火星以及火星返回地球，要依循怎樣的航道，在每個點的速度方向又是如何，火箭的動力如何使之吻合。假使火箭動力充足、控制的又很好，這個方程式也許有好幾個解；然而動力往往受限制，因此能夠有唯一解就不錯了，而在太空船飛要依循其軌道及條件航行，幾乎要零誤差，否則失之毫米差之千里，太空人將回不了家。

　　先從登陸月球說起，俄國及最近的中國都有將太空人送上月球軌道在返回地球的成功例子，如果俄國或中國科技真的如此發達，為何不乾脆登陸月球，順便帶一些地球沒有的岩石礦物回來？對俄國或中國人民來說，以為兩者相差不大，但是對美國有研修相關科學者便知道，相差很多，因此從若干疑點，認為美國太空人登陸月球是一場世紀大騙局。在登陸月球時，我年紀還小11歲，但是我全程看完實況轉播，當時即由於許多細節的銜接無造假可能，所以就不以為是騙局。

　　人類發射衛星，因為燃料的足夠，所以有若干偏差時還有動力可以修正，也就是方程式的解很個；困難一點的是，發射太空船與地球軌道上太空站會合，這項也是因為動力充裕，只要航道不要差太多，還有機會補救。美國登陸月球的設計，是將較大的太空船留在月球軌道，以減少回地球時所需要的燃料，另外設計登陸小艇，登月的兩位太空人要返回地球時，要乘登陸小艇再發射升空與在月球軌道的太空船會合，由於所帶的燃料不可能太多，所以很可能是唯一解，錯過便回不了地球。在大學修課時教授告訴同學，許多數字都要算到小數第六位，並與同學觀賞若干紀錄片其中包括因航道的錯誤，太空船迷航在宇宙中以及太空人哀嚎的聲音。

　　月球好歹與地球的距離變動很小，火星與地球因為在不同的環日軌道上，距離變化甚大，如果發射至火星還算事小，要返回地球則路途、時間都極其漫長，困難度是登月的百倍以上，不說登陸只就太空人探測火星，以美國科技我認為是2050年以後的事了。