火星旅行的辐射，是人所能承受的吗？ 第1页

简单的谈一下辐射问题。

首先要分清电磁辐射和电离辐射，并且了解电离辐射带来的健康危害，这个在知乎搜索相关的关键词就很容易找到，我就不赘述了（如果没耐心自己找那些常识，可能也没耐心把本回答仔细看完）。就简单的打个比方不多谈：电离辐射的能量能把电子轰出原有轨道（对于气体甚至能把分子变原子、原子剥离电子电离成离子/等离子）而电磁辐射可没这能耐。电子在某种程度上就像维持分子的螺丝钉，当钉子螺栓被拔掉或者错位，自然就不稳固因而散架坍塌，分子结构变化意味着变成了不同化合物。众所周知人体包括关键的DNA都说化合物分子，电离辐射破坏分子就会产生化学变化从而干扰妨害机体政策的生物化学反应进行。

分析判断电离辐射影响关键是辐射剂量的累积，看辐射强度、类型、部位、时间的综合影响，不只有强不强那么简单。某种程度上就像个人经济物质水平不但看收入每次发多少还有看多久发一次、发什么币种、日常支出、已经有多少资产、所在地物价等综合决定的。

航天方面辐射防护经常被大众所忽视或者误解，在缺乏科学素养的一些人眼中仿佛通讯基站、变电房的那点电磁辐射比太空的电离辐射可怕多。其实国际空间站的辐射相比火星旅行真的不大，因为国际空间站是在近地轨道，是在地球的磁场这天然的带电粒子能量护盾的保护下。注意太空旅行的辐射主要是X射线、高能质子、高能电子、重离子（比氢、氦重的高速飞行原子核，例如铁核、镍核）。而alpha辐射也就是氦核因为穿透力低容易屏蔽，至于伽马射线和中子辐射，通常可以忽略不计毕竟自由中子寿命很短，太阳的温度也不够大量产生伽马射线。除非是核动力航天器，才需要注意屏蔽来自核反应堆的中子和伽马射线。

注意电离辐射不但会危害生命健康，还会损害聚合物（降解老化）、半导体材料，因而影响电子设备（所以太空有专用的抗辐射加固处理器，尽量避免电离辐射导致故障提升恶劣环境下的工作寿命，非常强调稳定而非性能，也非常昂贵。例如老掉牙的RAD 750抗辐射CPU性能比奔腾、赛扬甚至智能手表的处理器都差很多，其主频不到200Mhz，但是价格得好几万），伽利略号木星探测器的CCD相机就是在后来再次抵近木卫一时被后面提到的木星辐射带里的高能粒子辐射打瞎的。

太空中的电离辐射来源主要是太阳特别是太阳耀斑是（强烈X射线）和日冕物质抛射（大量质子、电子）、银河宇宙射线（以接近光速的相对论性速度狂奔的重离子，重离子来源可能包括遥远的超新星爆发，你可以说是被超新星爆发炸出的碎片打中）、飞船自身反应堆（如果有的话），需要注意的是太阳平静时X射线强度并不高，以带电粒子为主。还有如果飞船屏蔽设计不当，高能粒子轰击飞船外壳会产生次级辐射，就像炮弹打到砖墙后砖块飞散伤人一样。另外有一件事很多人可能意想不到月球在伽马射线波段里比太阳亮，那是因为宇宙射线高能粒子轰击月面物质产生的，打个比方某种程度上有点像陨石撞击产生闪光一样。

辐射防护上致密物质例如钨、铅对X射线、伽马射线之类的高能光子效果好。对于粒子辐射特别是中子辐射含氢量高的物质例如水、聚合物、液氢推进剂等效果更好。对于电子、质子、alpha粒子、重离子这些带电粒子，磁场和静电场都能有效捕获偏转这些带电粒子（注意中子则不带电），当然相对论性重离子因为速度快质量大偏转更难。需要很大功率的电力供应才能用磁场或者静电场偏转那些带电粒子，也有赖于超导技术的进步，此外高能电子被磁场偏转会产生韧致辐射或者同步辐射，带来X射线等高能光子，需要注意额外屏蔽。

除了堆物质屏蔽和磁场/静电场能量护盾外缩短航行时间也能有效降低所受的辐射剂量，此外不同年龄不同性别对于辐射的安全界限是有差别的。规律是女性比男性需要更好的辐射防护，年轻人比长者需要更好的辐射防护。也就是说已育的中年男性可以比未婚年轻女性承受更大剂量辐射。注意现实并不像某些科幻里臆想的小孩因为再生能力强而比成年人更抗辐射，至少相关的剂量标准是这样的。

除了深空航行中的电离辐射外穿越地球的范·艾伦辐射带有一定危害，范艾伦辐射带是地球磁场俘获的高能带电粒子形成的，主要是质子和电子，范艾伦辐射带主要覆盖中地球轨道。载人航天长期在近地轨道除了运输成本外跟范艾伦辐射带的存在有很大关系。阿波罗登月是巧妙的轨道设计从辐射带相对薄的地方并且以尽量快的速度穿过，如同伸手快速去烫水里拿东西然后瞬间缩回不一定被烫伤一样。从长远看人类可能会用超导电缆等使得范艾伦辐射带里的这些高能粒子中和，来消除这麻烦。值得一提的是更强的木星磁场也带来类似范艾伦辐射带的危险电离辐射区，范围更大辐射更强。木卫一和木卫二就处在木星辐射带内，我记得在木卫一轨道待十几小时乃至更短时间就有急性辐射病丧命风险，木卫二也好不了多少。木卫三好点在辐射带外围，要待几十天才有丧命风险，需要及时躲底下穴居。木卫四则完全在辐射带外。

至于火星表面的辐射防护很简单，用推土机、挖掘机在居住舱上堆土就行，或者像西北地区那样挖窑洞，在几米厚的土壤、岩石的屏蔽下很安全。别赶科幻时髦住薄弱透明大穹顶里就行了。对了紫外线也有一定的电离辐射性质，不过穿透力很差，一张合适的反光膜足以抵挡。

火星旅行的辐射能不能承受取决于航行时间、轨迹、飞船配置、人员性别和年龄等而定的，不好一概而论。如果规划安排得当，自然能保证所受辐射剂量控制在相关安全标准下。具体要计算起来就让人头大了，很复杂。

总结原则包括：避开太阳活动高峰年、轨道设计尽量别玩金星引力协助（毕竟金星离太阳更近）、尽量缩短航行时间或者巧妙利用货物、推进剂罐等围在居住舱外充当额外屏蔽、飞船尽量不用核动力，如果非要核动力那用桁架把反应堆放的离居住舱尽量远一点，以边辐射按平方反比衰减（不要玩紧凑而科幻的球形），而核电池因为功率低通常不会用于载人航天器，其中钚238是alpha衰变很容易防护，但很贵。而便宜的锶90则是beta辐射也就是电子，参考前面说的。

对了别没事搞豪华观景台、透明大穹顶，宁可装一堆高清摄像头用VR爽，至少别长期待那里。如果一定要亲眼看不甘美景被像素化，那除了减少在窗边时间外窗的材料应该由一定厚度铅玻璃和聚丙烯等材料复合制成提升辐射防护。当然潜望镜也是很棒很安全的选择。

火星救援里那种纤弱通透的飞船一点都不利于辐射防护，当然毕竟那是是科幻不是科学，得考虑视觉效果，如果是闷罐车就少了几分科幻的浪漫。

对了，关于火星上人类繁衍。我建议在初期一段时间里（飞船防护不够完美时）新婚夫妇前往火星前体外受精，胚胎冷冻保存，因为在小小的液氮冷冻杜瓦瓶外套铅、硼、聚乙烯等辐射屏蔽能比飞船居住舱的屏蔽厚的多，防辐射性能更好（如果飞船居住舱的屏蔽要同样厚度就太重了）。到了火星要生育时再把胚胎植入子宫。可以最大限度避免辐射导致的后代遗传问题。可以这么说第一批在火星降生的人类婴儿很可能以试管婴儿居多。

试管婴儿不等于夫妇（地球去第一代火星人）在火星不能放飞自我，记得带套就行。第三代火星人因为第二代并没经历初期的行星际航行，所以火二代生育第三代火星人自然无需试管婴儿了，可以像地球上那样来。