文/谭谭

　　登陆火星一直是人类的梦想，无数科学家、工程技术人员正在默默耕耘、积极探索，为实现这个伟大梦想而不懈努力。但是，通往火星的道路并不平坦，其艰巨程度远远超出人们的想象。因为这意味着不仅需要投入巨额资金，突破大量关键技术，研制出可靠的火箭和飞船，还要保证火星航天员的安全和健康。

　　前往火星的发射窗口，大约每两年才有一次。从地球出发到达火星，单程需要一年半的时间，从火星返回地球也需要一年半左右的时间，因此航天员执行一次火星任务至少需要三年时间。

　　三年多的漫漫火星旅程中，航天员需要消耗大量的食物、氧气和饮用水。如果火星任务乘组为6名航天员，每人每天消耗0.9千克氧气、0.6千克食品和2.5千克水，如此一来，仅此三项三年时间总消耗量就达26 280千克。因此，火星飞船必须采用再生式生命保障系统，对水和氧气进行再生和循环，甚至应通过受控生态系统，实现食物的在轨生产。此外，前往火星，运载火箭必须要有足够推力，飞船等设备具有高可靠性、易于维修，以保证飞行过程中一旦出现故障，航天员能对乘坐的飞船进行维修。

　　登陆火星过程中，航天员会遇到上述的诸多技术挑战。然而，最大的挑战还是如何保证航天员的安全和健康。前往火星的漫漫旅途中，航天员会长期处于失重状态，这种状态会使航天员产生肌肉萎缩、骨钙丢失、立位耐力降低等问题，影响航天员的健康。狭小的生存环境，也会给航天员的心理带来严峻考验。人类经过40多年的载人航天实践，特别是通过对“和平”号空间站和国际空间站的使用，摸索出多种行之有效的对抗措施，航天员最长的单次太空停留时间已达438天，为前往火星所须面对的挑战积累了丰富的经验。

　　我们知道，在地球低轨道如国际空间站进行载人航天飞行时，辐射对航天员的健康影响不大。这是因为地球周围存在一个磁场，能够俘获大部分宇宙射线，对航天员的健康起到很好的保护作用。只有当发生太阳质子事件时，才需要对航天员进行特别辐射防护。但是，如果航天员离开地球前往火星，地球磁场的保护作用鞭长莫及，宇宙射线的辐射就会对航天员的身体健康带来巨大威胁。而关于长期辐射对人体的影响、相应的对抗措施，人类还没有多少经验。因此，火星旅行过程中，航天员健康的最大威胁并不是失重，而是宇宙辐射。

　　宇宙辐射

　　宇宙辐射主要包括电磁辐射和电离辐射。我们常说的无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线等就属于电磁辐射，它们贯穿物体的能力差，对人体的危害相对较小；而电离辐射则有相当强的贯穿物质的能力，可以使物体材料和生物细胞受到损害，对人体的危害非常大。

　　前往火星的旅途中，航天员遇到的电离辐射主要有两种：银河宇宙射线(Galactic Cosmic Rays, GCR)和太阳射线。

　　银河宇宙射线的来源还不清楚，但可以肯定，它们来自太阳系外，具有各向同性，也就是说，它们来自各个方向。银河宇宙射线还是一种高能带电粒子流，粒子的能量可以高达1 020eV。这种粒子的主要成分是质子(约占85%)、α粒子(约占13%)以及原子序数大于2的元素的原子核(约占2%)。在原子序数大于2的原子核中，有一类称为高能重离子，不仅原子序数大，而且能量极高，在银河宇宙射线中危害最大。它不仅能穿透载人飞船座舱的舱壁，而且击中人体后能引起组织器官的严重损伤。银河宇宙射线的最大通量为每秒钟每平方厘米4个质子、0.4个氦离子、0.04个高能重离子，平均粒子通量为每秒钟每平方厘米2.5个粒子。人体细胞的细胞核横截面积大约为100μm，如果没有任何防护，每个细胞核平均每3天就会被质子击中一次，每月被氦离子击中一次，每年被高能重离子击中一次。

　　太阳射线是来自太阳质子事件所发射的带电粒子。太阳会持续产生低能量粒子流，主要成分为质子，也就是我们所熟悉的太阳风。太阳风不会产生很大的辐射危害。当太阳表面出现大耀斑时，会发射大量高能带电粒子，这种现象称为太阳质子事件。由于太阳质子事件的辐射能量很高，因此对航天员有很大危害。太阳质子事件发射的带电粒子绝大多数是质子，其次是α粒子，原子序数大于3的粒子很少。有些太阳质子事件中观测到碳、氮和氧的重核，数量仅为α粒子的1/6。另外还可以观测到原子序数为22～30的超重核，不过数量更少。太阳质子事件可持续数小时，甚至持续数天。太阳质子事件的发生和强度与太阳活动周期有关，太阳耀斑的数量和位置呈现出11年的周期性。在太阳活跃的极大年，发生太阳质子事件的可能性较大。因此根据太阳活动周期，可对太阳质子事件作一定程度的预测。