2020年是“火星年”，登陆火星一直是人类的梦想。但如何度过500天的漫漫行程呢？NASA和欧空局都在研究冬眠术，想让宇航员一路“睡”到火星。
采访专家：
郑永春 （中国科学院国家天文台行星科学专家）
庞之浩 （全国空间探测技术首席科学传播专家）
“错过2020年这个机会，人类要再等两年零两个月以后，才能去往火星。”明年的世界航天界的主题注定将是火星，包括中国在内的国家都准备发射火星探测器，前往那颗神秘的红色星球。
人类登陆火星的愿望变得越来越急切，但是在人类目前的技术条件下，往返至少500多天的旅程成了一个巨大的障碍。不仅宇航员会面临长时间的宇宙辐射、肌肉流失、旅途寂寞等身心健康问题，而且飞行中的食品、饮水、氧气等大量的物资消耗怎么解决，也是让科学家们十分头痛的问题。
能不能像科幻电影中那样，宇航员从登上飞船就倒头大睡，一觉醒来已到达目的地，太空旅行就像乘坐高铁软卧那样“夕发朝至”，这个人类的梦想到底能不能实现？
▲航天局研究冬眠术，让航天员一觉睡到火星（图片来源 ESA）
据外国媒体报道，欧洲航天局（ESA）和美国国家航空航天局（NASA）已经展开了相关研究，让宇航员像地球上的冬眠动物一样，通过冬眠的方式去火星，这种方案能否成为一种可行的方案？
让宇航员冬眠去火星是个好主意
很多人看到要将宇航员冬眠，以为是将其冷冻，其实宇航员冬眠并不是冷冻，只是通过适当降低体温让宇航员进入冬眠状态，解决现在宇航员去探索火星时间太长的一些难题。
众所周知，为了躲避低温环境和食物紧缺的困扰，很多哺乳动物都会冬眠。譬如冬天一到刺猬就缩进泥洞里，蜷着身子不食不动，它几乎不怎么呼吸，心跳也慢得出奇，每分钟只跳1～10次。
▲为了躲避低温环境和食物紧缺的困扰，很多哺乳动物采取冬眠的方式过冬（图片来自网络）
全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩研究员表示动物冬眠以后其新城代谢会变得非常缓慢，其所带来的第一个好处就是物资消耗减少，去火星时，以现有的技术，往返一趟不计算在火星停留的时间，至少都需要将近500天的时间，这么长时间所需要的饮食和氧气消耗及废弃物处理是个很大的问题。
中国科学院国家天文台行星科学专家郑永春研究员说，根据我国航天员的代谢指标，其每天大约需要1.75千克的食品，2.2千克的饮用水，另外每天消耗的氧气还需要电解0.9千克的水，以及1.6千克的排尿量，0.5千克的排便量等。尽管在飞行器上部分菜蔬可以种植，水、氧气及一些废弃物也可以实现循环利用，目前人类已经在空间站及航天器中实现这些技术，但是宇航员去火星时间太长，这些物资消耗的供应及废弃物的处理依旧面临着巨大的挑战。另外，宇航员所面临的骨质脱钙、肌肉萎缩、太空辐射等因素也是难题。
庞之浩表示，宇航员如果能够在在一些时间段进入冬眠状态，由于代谢水平的大幅下降，就可以大幅减少所需要的饮食消耗。
并且，冬眠能减少航天员对活动空间的需求，可以减小火星飞船的体积，这不仅能降低火星飞船的研制和发射成本，也有利于火星飞船增强防辐射，比如可增加飞船舱壁厚度。
另外，冬眠还可能会减少长期失重对宇航员造成的系列生理上的影响，宇航员在长时间执行任务中的心理孤独感也能够得到大幅缓解。
ESA公布航天器冬眠居住模块草图
让宇航员通过冬眠的方式解决太空探索旅途的一些挑战，并不是现在才提出的解决方案，多年来众多科幻电影中一直都有一些相应的桥段。2019年初上映的我国科幻电影《流浪地球》中，宇航员遇到危急时刻就会立刻进入休眠仓休息以度过危险期，也能够看到冬眠技术的影子。
▲科幻电影《流浪地球》中，宇航员遇到危急时刻就会立刻进入休眠仓休息以度过危险期（图片来自网络）
目前欧洲航天局（ESA）和美国国家航空航天局（NASA）的科学家们，正在计划将宇航员以冬眠的方式解决漫长宇航旅途问题从科幻变成现实。
欧洲航天局认为“可控的冬眠是载人太空飞行中一种改变游戏规则的技术”，并且成立了专门从事相关研究的“专题小组”，小组的科学家们已经研究了将冬眠技术用于载人探测火星任务的可行方案，设计了初步的航天器冬眠居住模块草图。
根据欧洲航天局提出的方案，和有冬眠习性的动物类似，宇航员在进入冬眠前要先“增脂”以储存能量，之后通过服用一种特殊药物进入“麻木”的冬眠状态，随之舱室的亮度变暗、温度大幅度降低以将宇航员身体“冷却”。但是在往返的旅途中，宇航员需要提前苏醒，度过至少21天的休养期。
欧洲航天局公布的草图显示，其登陆火星的整个冬眠居住模块为圆柱形，直径仅有5.9米，高度仅为5.33米，拥有生命保障、居住、储藏、工作等9个系统隔间，能够满足6名宇航员需求。如果不使用冬眠技术，整个居住模块的直径和高度要达到8—9米，体积达到前者的3倍，这将需要更多的能源消耗，新方案的优势显而易见。根据计划，欧洲航天局希望能在未来20年实现载人冬眠火星探测，只是目前其宇航员冬眠探测火星方案还不成熟，还有一系列的技术问题需要克服。
▲ESA公布的航天器冬眠居住模块草图（图片来源 ESA）
▲整个冬眠居住模块为圆柱形，直径仅有5.9米，高度仅为5.33米，拥有生命保障、居住、储藏、工作等9个系统隔间，能够满足6名宇航员需求（图片来源 ESA）
▲冬眠模块的横截面显示，在航天器飞行阶段宇航员所在的舱将具有独立的温度控制系统，并带有风扇以使空气循环并控制湿度，以防止在冬眠期间温度降低时发生冷凝。（图片来源 ESA）
在美国，近些年位于亚特兰大的SpaceWorks公司已经从美国国家航空航天局获得两轮资金研究宇航员冬眠的技术问题，SpaceWorks设计的冷冻休眠舱将使宇航员进入惰性麻木状态，即短期的冷冻休眠状态。在这个状态下，宇航员的生理活动降低，通常表现在体温降低、新陈代谢速度下降等。这将大大减少宇航员对外界物质的需求，进而大幅减少所携带的补给品。
为了让过程可控，SpaceWorks公司已经开发了一个三级系统。第一步使用镇定剂放缓肌肉，避免移动。第二步将人的体温降低约5摄氏度，从而降低50-70%的细胞活性和代谢速率，这是通过散热垫和通过鼻子吸入的一种冷却液使人体由内及外降温。最后，通过静脉滴注供给人类所必须的营养来维持生命。
在SpaceWorks公司的方案中，宇航员将在药物诱发的低温状态下休眠14天，然后清醒2—3天换班，以满足其他宇航员休眠需求。当宇航员处于冷冻休眠状态时，身上将挂满各种传感器，以便于让其他清醒的宇航员随时监控他们的状态。只是因为依旧面临一些需要突破的难关，目前美国国家航空航天局还没有具体让让宇航员冬眠去火星的具体时间表。
宇航员冬眠面临多重技术难题
欧洲航天局和美国的宇航科技公司现在已经在宇航员冬眠去火星的设想上已经提出了方案，并解决了一些难题，拦在路上的重重技术障碍却不可小觑。
首先，动物冬眠的机制还没有完全搞清楚。长期以来，国内外也有不少科研人员深入研究动物的冬眠行为，虽然取得了很大的进展，但是截至目前，冬眠动物在漫长的演化道路上形成的冬眠行为的机制依旧没有完全搞清楚。这意味着现在人类还无法通过技术手段实现和动物一样的冬眠。
另外，我们都知道，有冬眠习惯的动物是通过恒温唤醒的办法从冬眠中苏醒过来的，也就是当春天来临达到温度足够高之后，动物就会自己醒来。由于宇航员并没有冬眠的习性，则需要设立一个唤醒宇航员的装置。在演化的道路上，冬眠动物已经形成了十分轻松自如的冬眠和苏醒状态的自动调节与转换机制，但是人类并没有形成这样的机制。这些问题都是需要逾越的难关
随着科学技术的推进，也许科学家们会获得成功。这主要是人类存在冬眠中生存的可能性。
2006年10月，一个35岁叫打越三敬的日本人和办公室同事一起出外烧烤时和同事走散，跌落到一处雪山上摔坏了屁股。之后陷入了冷冻昏迷状态，他在雪山上睡了24天直到他的好像已无生气的身体被救援人发现。发现他的时候，医生确定他的新陈代谢几乎处于停滞状态。随后他在神户的一家医院苏醒了过来。这次事件的出现让科学界认为，只要找到了合适的方式，是能够通过一些手段让人冬眠并实现唤醒的。
▲航天员冬眠技术目前存在两大瓶颈（图片来源于网络）
庞之浩说，宇航员冬眠实施的前提是将来必须要首先在地球上完成有关实验，只有充分论证了可行性与安全性，才能够予以实施，因此还不是短时间内能够实现的事情。
好的消息是，美国近些年的研究表明，减缓新陈代谢有助于对抗肌肉萎缩（冬季不会失去肌肉）、骨质脱矿和宇航员在力环境中经历的颅间压力，甚至有一些证据表明它可以帮助防止辐射。
研制更快航天器也是可行之路
庞之浩表示，在未来人类登陆火星的方案选择中，宇航员冬眠的方式并不一定就是最为理想的方案。因为就是冬眠技术能够实现，由于旅途的时间和采用非冬眠的方式并没有多大的变化，宇航员遭受的太空辐射虽然可以通过增厚增加飞船舱壁厚度和冬眠的方式减轻，但还是会遭受长时间的太空辐射，肌肉萎缩，骨质流失等其他一些太空病也不能被予以风险排除。
另外，冬眠甚至还会让宇航员增加一些新的身体机能方面的挑战，因为宇航员在冬眠以后，长时间的非活动状态也会造成肺炎等身体机能的严重伤害，人类长时间冬眠对内脏的影响也尚不为人所知。
因此除了冬眠，现在科学家们还在探索研制具有更快速度的核动力火箭和飞船。
▲核聚变供能火箭，能够大幅缩短人类驾驶深空间飞行器往返火星的时间（图片来自网络）
庞之浩表示，常规火箭飞行速度为每小时2万公里，而核动力火箭能达到8万多公里，目前制约人类太空探索脚步的一个核心问题就是路途的时间，如果有了更快的运载工具，譬如去火星，单程的旅途能够缩短到一两个月，则就更方便了，宇航员的物资消耗、长时间太空辐射等问题得到解决，也就用不着通过冬眠的方式来解决问题。当然，核动力火箭和飞船现在也还需要一些技术难关需要跨越。
不过从长远而言，宇航员实现无伤寒冬眠和唤醒是必须要突破的技术难题，因为只有突破这个难关，人类要探索更为遥远的宇宙空间才有可能。
出品：科普中央厨房
监制：北京科技报 | 科学加客户端
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