火星救援的科学知识,火星救援中的物理知识

《火星生存守则》第一条：不要被困在火星。

然而马克·沃特尼已经违反了这一条，现在他距离地球距离七千八百万公里，整个星球只有他一个人，必须想办法活下去，回到地球。

一个人在火星上，马克·瓦特尼可以仰仗的只有自己的科学知识和乐观积极的心态。《火星救援》为我们展现了极为精准的科学知识，而同时也体现了人类探索火星要面临的希望与恐惧。

创作背景

电影改编自美国同名小说《火星救援》。

原作介绍

书中描述的年代距离现在不远，人类已经能够成功登陆火星，但在一次任务中，突如其来的火星风暴让马克·瓦特尼与小分队失去联系，小分队推测马克已经死亡，因此撤退，但马克却活了下来，但他面临着一系列生存问题，而且，距离下次火星登陆计划还有四年。

作者介绍

安迪·威尔（Andy Weir）

《火星救援》原著作者为安迪·威尔，出生于加利福尼亚州。安迪是家中独子，父亲是物理学家，母亲是工程师。他从小喜欢阅读黄金时代作家的科幻作品，阿瑟·克拉克和阿西莫夫都是他的偶像。15岁时候，他被美国国家实验室聘为软件工程师，之后又在其他企业担任程序员，并参与开发《魔兽争霸2》。

安迪首部小说是一个短篇《蛋》（Egg），这部小说在youtube上被多次改编成短片。

安迪的首部长篇小说便是《火星救援》，他自学了大量的航天知识，小说中的每一个日期，都源自他本人的精确计算。2009年，威尔开始在自己的网站上连载。很快聚起来一批死忠读者，这些读者都是对科学细节极其挑剔的家伙，每当有科学错误都会被挑出来修改。而后的2011年，在粉丝的强烈要求下，亚马逊Kindle版上架，价格则是最低的0.99刀。结果很快爬上了科幻类作品的榜首，不到三个月卖出了35000本，比他之前网站上免费下载的次数还多。2013年，小说的版权被皇冠出版社以超过十万美元的价格买走。

目前，安迪·威尔正在创作新的科幻小说，他保证这是一部非常传统的科幻小说，其中会有外星人、飞船和超光速。

创作经历

安迪·威尔的原著科幻小说自出版起，就受到了许多专业人士的好评，NASA的指挥官克里斯·哈费德表示，从没见过能把故事讲得这么精彩，还能在技术上保持高度准确性的科幻小说。原定导演为现在的编剧德鲁·高达，最开始本来打算做导演，但后来忙于执导《险恶六人组》就退出了导演一职。后来雷德利·斯科特看到了剧本非常喜欢，甚至推迟了《普罗米修斯2》的拍摄进程，火速接过导筒。

原作语录

马克·瓦特尼：远足的人在深山里迷路了，人们会发动搜救。火车出了事故，人们会拍成长队献血。地震毁了一座城市，全世界的人都会捐出紧急物资。这种本能扎根于人类社会，每一种文化都不例外。是的，有些人对此嗤之以鼻，但有多得多的人愿意这么做。正因为这样，才会有几十亿人站在我这边。

名词解释

火星风暴

图片：火星风暴艺术想象图

火星上的风暴迫使马克·沃特尼所在的小队撤离，同时也将马克留在了火星上。在火星上经常有风暴发生，持续几天甚至几个月，速度能达到90公里每小时，风暴能够弥漫整个火星。

SOL

电影中，马克·沃特尼以”SOL”作为计时单位。SOL是Solar Day的缩写，即火星上太阳起落的平均间隔。在火星上则专门指的是Martian Solar Day，即火星太阳日，等于24小时39分35.244秒，与地球一天的时长很接近。

火星土壤

图片：火星表面土壤

马克·沃特尼在火星上种植土豆以获得足够的食物来源，因为土豆是淀粉含量最高的作物之一。火星土壤的主要元素是氧，其含量约占50％，硅为15～30％,铁为15～16％,铝为2～7％，钙为3～8％及少量的钾、磷、硫、氯、钽、铬、镁、钴、镍、铜等。但缺少植物所需要的氮元素以及必要的细菌，好在这两样都能经由人体产生。

RTG

图片：RTG切面图

马克·沃特尼为了给漫游车加热，从地下挖出来RTG。RTG全称为Radioisotope Thermoelectric Generator，中文名为放射性同位素热电机，利用放射性衰变的热量进行温差发电，通常使用的同位素就是钚238。钚本身剧毒，因而一旦泄露那么火星上就真的没有人了。

探路者号

马克·沃特尼找到并修复了探路者号，成功实现了与地球通信。火星探路者(Mars Pathfinder, MPF)是美国国家航空航天局的1996年火星探测计划。美国国家航空航天局的火星探测计划长期致力于对火星这颗红色行星进行无人探测，火星探路者是这一系列无人探测计划的一个组成部分。 火星探路者于1997年07月04日在火星表面着陆。它携带的索杰纳号火星车，是人类送往火星的第一部火星车。

JPL

电影中，JPL负责制造救援所需的飞船等设备。JPL全称为喷气推进实验室（英语：Jet Propulsion Laboratory），位于美国加利福尼亚州帕萨迪那，是美国国家航空航天局的一个下属机构，负责为美国国家航空航天局开发和管理无人太空探测任务，行政上由加州理工学院管理，始建于1936年，实验室的联合创建者包括火箭科学家钱学森和杰克·帕森。

引力助推

图片：引力助推示意图

赫尔墨斯号利用引力助推实现变轨，重新回到火星营救马特·达蒙。引力助推也被称为引力弹弓效应或绕行星变轨，以此来节省燃料、时间和计划成本。引力助推既可用于加速飞行器，也能用于降低飞行器速度。这一方案早已得到应用，伽利略号、信使号等数个飞行器便采用这一方案顺利变轨。

科学漏洞

《火星救援》科学精度极高，包括NASA在内的众多专业人士都认可这一点，但这毕竟不是科学论文，而是虚构作品，虽然其中绝大多数描写都符合科学，但其中不可避免出现了一些科学上的漏洞。

火星风暴

图片：电影中的风暴场面

前面提到，火星上经常会有风暴，速度可达90公里/小时，但因为空气稀薄，不可能有能把人吹离地面的风暴。安迪·威尔也承认自己为了故事推进而允许这个漏洞出现。对此安迪·威尔承认，自己是为了给马克·沃特尼滞留火星找个理由，因而放过了这个科学疏漏。所以《火星救援》里的风的确吹得太大了一点，想要达到电影中的效果，大概需要800公里/小时的风速。

在原著中提到了另外一场风暴，其影响只是扬起沙尘导致太阳能电池板效率降低，这要合理很多。火星上的沙尘暴会大大削弱可见度，更重要的是，削弱你的太阳能电池板收集太阳能的能力。这是此前发射的火星探测器“勇气号”和“机遇号”面临过的严重问题，因此瓦特尼必须想办法清理太阳能电池板表面的灰尘。

火星行走

马克·瓦特尼经常要穿着宇航服在火星上走来走去，从事各项工作。但这里其实有两个漏洞。

图片：现实中，火星行走不会如此“正常”

首先，火星重力大约为0.377G，换言之，一个一百公斤的人穿着100公斤的“超轻”宇航服，其重量也不超过80公斤。在这种重力条件下，宇航员正常行走非常困难，通常会采用袋鼠跳来大步行进，用碎步来小步行走。当然，导演也承认，电影中要表现真正的火星行走太过困难。

图片：火星辐射示意图

其次，火星因为大气与磁场条件，太空辐射远甚于地球，哪怕有防护服，马克·瓦特尼也不可能长时间暴露在火星表面。因而很可能他回地球不久就得癌症了。当然，毕竟那是未来，那时的宇航服说不定有足够的防辐射能力。

人造重力

图片：利用旋转制造重力是常见做法

船员们来往火星的飞船是赫尔墨斯号，他们需要在上面居住很长时间，因而不可能长期停留在失重状态，所以需要提供人造重力。电影采取了非常科学的方案，即利用旋转式太空船来制造足够的重力。

图片：以这幅画面作为计算参考

然而，若以电影及原著中的相关资料分析，旋转船的转速大约为0.1转/秒，能提供0.4g的重力，因而最终计算可得旋转船的半径为……320米。但电影中的画面显示，旋转船的半径大约在9到14.5米之间。

当然，我们可以倒着推算一下，如果取电影中展现出的半径，同时能提供0.4g重力，那么转速应该为0.52到0.66转/秒。如果真的转这么快，显然电影中的画面不会那么唯美浪漫了。

降落地点

图片：阿西达利亚平原照片

电影中绝大多数火星场景都发生在阿西达利亚平原，这是一个真实地点，位于火星南部。然而，根据最新的观测显示，那里其实布满了岩石山丘，并非合适的降落地点。

题外话，复杂的地形比起平坦的地形更加吸引人，尤其是科学家。然而，科学家渴望探索冒险，而工程师的任务则是把科学家安全地送过去。人类的探索就像走钢丝，平衡感的一头是无限的好奇心，另一头则是无止尽的危险。

火星纵览

火星概况

火星是太阳系中距离太阳第四近的行星，属于类地行星（Terrestrial planet），由罗马神话中的战神马尔斯（Mars）命名。在中国史书上，则以“荧惑”称之。火星的表面以氧化铁的红色土壤为主，因此外观呈现为橘红色。

图片：火星与地球的相对大小

与地球相比，火星的平均半径约为3,389.5 公里，大约为地球的一半；在质量、体积上，则是地球的11%及15%。表面重力以地球的重力1g来算，大约是0.377g。综合上述，火星就像是比地球小了一号，比月球大了一号的红色星球。

就大气而言，火星的大气以95.32%的二氧化碳为主，其余则为氮、氩、氧、一氧化碳、水蒸气、氖、一氧化氮等，因此常被称作为温室效应严重的环境，但其大气浓度不足，空气非常稀薄，反而无法保留住多余的热量，造成日夜温差极大。

图片：火星极地冰盖

由于火星与地球同样拥有倾斜的地轴，因此具有四季变化。而火星在南北极的白色极冠是非常明显的特征，过去被认为是由干冰（二氧化碳的固体）所组成，但在近年的研究认为干冰仅为表面成分，实际上在表面的干冰下，可能蕴含着大量的水冰。而表面有许多流水冲刷的遗迹，如同地球上冰河或河流刻蚀的痕迹，令科学家对于这颗红色星球上是否有生命，抱持着乐观的态度。

图片：火星上的水流痕迹

最近的研究报告也指出，火星上确实存在着液态水，大大提升了人类未来移民火星的可能性。有趣的是，这项研究报告正好于2015年9月28日宣布，恰巧与《绝地救援》上映时间相差一个礼拜，马特·达蒙甚至还上传了一段视频自嘲：下次若再受困火星，至少不用烦恼水的问题了。而导演雷德利·斯科特则表示，自己早就知道火星上有液态水了。

遥望火星

图片：乔凡尼的火星地图

火星的地表观测最早可回溯到1877年的意大利天文学家乔范尼· 斯基亚帕雷利（Giovanni Virginio Schiaparelli）以望远镜观测后出版的手绘火星地图。电影里阿瑞斯4号接驳小艇位置，斯基亚帕雷利撞击坑，便是以这位天文学家的姓氏命名。斯基亚帕雷利的观测中因受限于望远镜技术，在地图上标示了火星表面颜色较暗的区域，与月球的暗区相同命名为“海”（Mare），其他线条则被命名为“运河”（Canali），并以地球上著名的河川命名这些长条状的线条，使得人们误认为火星上有生命或是液态流水。

图片：哥伦比亚山丘群

直到NASA在1960年代以水手4号首次接近火星的惊鸿一瞥，才粉碎了人们对火星运河的遐想。不论如何，随着卫星科技的发展，如今火星的地理地貌已有相当详尽的资料，现代的火星地理名称则是由国际天文学联合会（International Astronomical Union，简称IAU）负责，以过去天文学家观测命名为基础，后续以重要的科学家、科幻小说作家或地球上的地名为名，另外也有以纪念性名称命名：例如纪念哥伦比亚号航天飞机意外，以七名牺牲的太空人命名了哥伦比亚山丘群等。较有趣的是，NASA在探测火星的过程中，会利用一些绰号命名较为小型的岩石，像是鲨鱼石、防热护盾岩、积木岛等，作为暂定名使用。

火星探测计划

图片：部分火星探测器

到目前为止，已经有超过30枚探测器到达过火星，它们对火星进行了详细的考察，并向地球发回了大量数据。同时火星探测也充满了坎坷，大约三分之二的探测器，特别是早期发射的探测器，都没有能够成功完成它们的使命。

20世纪60年代，美苏冷战渐入高潮，而太空大赛是冷战竞争的重要部分。

· 1960年

图片：火星1A号

10月10日，苏联向火星发射了第一枚探测器火星1A号，未到达地球轨道。

10月14日，苏联第二枚火星探测器升空，未到达地球轨道。

· 1962年

10月24日，苏联的第三枚火星探测器升空，然而这次它也是仅仅到达了环绕地球的轨道而已。

11月1日，前苏联向火星发射了火星1号，这枚探测器成功进入了前往火星的轨道，并且计划于1963年6月19日到达火星，然而当1963年3月21日它飞行到距离地球1.06亿千米的距离时，却与地面永远失去了通信联系。

· 1963年

3月24日，苏联的又一枚探测器升空，仅仅到达环绕地球轨道，此后火箭未能再次成功点火，两个月后坠入地球大气层烧毁。

· 1964年

图片：水手4号拍摄的火星图片

11月30日，苏联再次向火星发射了探测器，但是这枚探测器再次以失败告终，它虽然最终到达了火星附近，但是却没有能够向地球发回任何数据。

12月5日，美国发射水手3号火星探测器，然而探测器的保护外壳未能按预定计划成功与探测器分离，导致探测器偏离轨道，最终导致失败。

12月28日，水手4号发射升空，这是有史以来第一枚成功到达火星并发回数据的探测器，水手4号于1965年7月14日在火星表面9800千米上空掠过火星，向地球发回了21张照片，此后又在环绕太阳轨道上花费三年时间对太阳风进行探测。水手4号发回的数据表明火星的大气密度远比此前人们认为的稀薄，也没有发现磁场或辐射带。这些新数据促使天文学家修改后续的火星研究设计，也显示火星上存在生物的可能性比先前预测的还低。

· 1969年

2月24日，美国发射水手6号探测器，7月31日抵达火星。

3月27日，美国发射水手7号探测器，8月5日抵达火星。

这两枚探测器携带有更先进的仪器和通讯设备，它们成功掠过火星，对火星大气成分进行分析，并传回大量照片。

苏联也于1969年向火星发射了两枚探测器，然而这次甚至比此前的情况更加糟糕，第一枚探测器在发射后7分钟因发动机故障发生爆炸，而另一枚探测器发射后不到1分钟就坠向了地面。

· 1971年

5月8日，水手8号发射升空，几分钟后因火箭故障坠入了大西洋。

5月30日，水手9号发射升空，这是有史以来第一枚成功进入环绕火星轨道的探测器。水手9号于1971年11月14日到达火星，在火星轨道上工作了将近一年之久，发回了7329张照片，覆盖了火星表面超过80%的部分，同时还对火星的两颗卫星进行了探测。

5月10日，苏联发射“火星1号”，尝试在火星表面着陆，但实际上它仅仅到达了环绕地球轨道，按照计划，探测器应该在地球轨道上停留1.5小时，然后点火向火星进发，但是由于失误，结果它的计时器要等上1.5年向火箭发出这个点火指令，这枚探测器后来被称为宇宙419号，因为前苏联事后否认这枚探测器将要前往火星。

图片：火星2号原计划放出的登陆车

5月19日，苏联发射火星2号探测器，于12月27日到达火星后不久便与地球失去了联系。

5月28日，苏联发射火星3号探测器，其着陆器却成为了有史以来第一个成功在火星表面软着陆的探测器，虽然它仅仅在火星上工作了14.5秒，甚至没能发回一张完整的照片就永远与地球失去了通信联系。

· 1973年

图片：火星4号探测器

7月21日，苏联发射火星4号探测器，于1974年2月10日到达火星附近，但没能成功进入环绕火星轨道。

7月25日，苏联发射火星5号探测器，于1974年2月12日到达火星附近，在进入轨道不久后丢失。

8月5日，苏联发射火星6号探测器，于1974年3月12日到达火星附近，着陆器成功进入了火星大气层并打开了降落伞，然后就丢失了。

8月9日，苏联发射火星7号探测器，于1974年3月9日到达火星附近，还没进入环绕火星轨道并在距离火星1300公里处就丢失了。

· 1975年

图片：海盗1号登陆地点

8月20日，美国发射海盗1号探测器，轨道器于1976年6月19日进入环绕火星轨道，着陆器于1976年7月20日在火星表面成功着陆。海盗1号的轨道器在轨道上一直工作到1980年8月17日，而着陆器使用核能作为电力来源，在火星表面正常工作超过六年，直到1982年11月13日错误指令导致失去通信联系为止。

9月9日，美国发射海盗2号探测器，轨道器于1976年8月7日进入环绕火星轨道，着陆器于1976年9月3日在火星表面成功着陆。海盗2号的轨道器在轨道上一直工作到1978年7月25日，而着陆器在火星表面正常工作了三年多的时间，直到1980年4月11日电池故障导致通讯联系中断。

盗号火星探测计划总共向地球发回了数万张高清晰照片。在很长一段时间内，海盗1号都是在火星表面存活时间最长的纪录保持者，直到2010年5月19日才由机遇号以2246个任务日的运转打破了海盗1号2245个任务日的纪录。

· 1988年

图片：福波斯2号

7月7日，苏联发射福波斯1号（福波斯为火卫一的名字）探测器，于9月2日在飞往火星的途中失去联系。

7月12日，苏联发射福波斯2号探测器，于1989年3月27日探测器进入环绕火星轨道后不久与地球失去了通信联系，它所携带的着陆器也没能在火星表面着陆。

· 1992年

9月25日，美国发射火星观察者探测器在它几乎就要到达火星的1993年8月21日，当准备点火进入环绕火星轨道时，与地球失去了通信联系。

· 1996年

图片：火星全球勘测者拍的图片

12月7日，美国的火星全球勘测者探测器发射升空，这枚探测器持续运作了10年，最后在2006年11月5日失去讯号联络，它是最成功的火星任务之一。

12月16日，俄罗斯发射了火星96号探测器，探测器进入地球轨道后未能成功点火进入前往火星的轨道，不久后在坠入太平洋而宣告失败。

· 1997年

图片：在JPL的探路者

7月4日，火星探路者在火星表面克里斯平原和阿瑞斯峡谷的交界附近着陆。它携带着名为旅居者号的小型的10.6千克（23英磅）轮式机器人的火星车，这是人类送往火星的第一部火星车。

1998年底和1999年初发射的四枚探测器最终都以失败告终，包括日本的希望号探测器、美国的火星气候轨道器、火星极地登陆者和深空2号。

· 2001年

2001火星奥德赛号在2001年4月7日在卡纳维拉尔角空军基地由三角洲二号运载火箭发射成功，2001年10月24日到达火星轨道，进行气阻减速以进入环绕火星轨道。2002年1月气阻减速完成，同年2月19日开始科学任务。

· 2003年

图片：火星上的勇气号（想象图）

NASA开始火星探测漫游者计划，这项计划的主要目的是将勇气号（Spirit, MER-A）和机遇号（Opportunity, MER-B）两辆火星车送往火星，对火星这颗红色行星进行实地考察。

6月10日，勇气号发射升空，2004年1月3日着陆火星表面。最初预计的工作寿命只有三个月。由于太阳能电池板的蒙尘，勇气号的电力供应一直在持续下降；幸运的是，2005年3月12日和2009年2月6日的两次大风吹散了尘埃，使得其电力得到恢复。2006年，六只车轮中的右前轮失灵。2009年5月，在通过特洛伊沙地时，车轮陷入软土，又使其中一个故障，勇气号无法动弹，之后的观测一直被限制在原地，此后有过几次解救行动但都失败。2010年1月26日，NASA宣布放弃拯救，勇气号从此转为静止观测平台。2011年3月22日，NASA最后一次联络上勇气号；2011年5月25日，NASA在最后一次尝试联络后结束勇气号的任务。

图片：机遇号

7月7日，机遇号发射升空。2004年1月25日，机遇号成功登陆火星。机遇号已经连续有效运作了超过原本设计(90个日子)30倍的任务时间；由于太阳能发电板被清洁干净，它因此能够继续执行大量对火星岩石的地质分析和地表描绘。目前，机遇号依旧运转良好，但是腿脚不太灵便了。为了向机遇号对于探索火星的极大贡献献上敬意，小行星39382取名为"机会"。这个决定是由荷兰天文学家Ingrid van Houten-Groeneveld所提议的，他和另外两位天文学家Cornelis Johannes van Houten以及Tom Gehrels于1960年9月24日共同发现了这颗小行星。

· 2007年

凤凰号启程前往火星，并在经历将近一年、6.75 亿公里的旅程之后，已在2008年5月25日成功登陆火星北极。主要任务是寻找火星土壤中可能存在的生命迹象。

· 2011年

图片：萤火一号

11月9日，萤火一号探测器作为中俄航天合作项目之一，搭载在俄罗斯的“福布斯-土壤”（Фобос-грунт）探测器中发射升空，后因福布斯-土壤与运载火箭分离后变轨失败，于2012年1月15日17时45分坠于太平洋海域。

11月26日，美国国家航空航天局与麻省理工学院合作的火星科学实验室好奇号火星车于美国东部时间10时02分于从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空，启程前往火星，它将在火星表面着陆，并且拥有六个轮子，拥有前所未有的机动性能，并且使用核能提供电力，至少在火星表面工作一个火星年的时间。好奇号成功在2012年8月6日于伊奥利亚沼着陆。

水35升、碳20公斤、氨水4升、石灰1.5公斤、磷800克、盐250克、硝石100克、硫磺80克、氟7.5克、硅3克、铁5克、还有适量的十五种元素，以一个标准的成年人来计算的话，这就是人体的构成物质。一百五十亿年前，宇宙爆炸，氢元素诞生并聚合，炙热的温度让原子核融合，原子聚合，分子聚合，星星诞生而又爆炸，如此往复，最终星球爆炸迸射的尘埃中的元素，构成了一百七十万年前非洲大草原上的古猿，也构成了五万年前走出非洲的人类，同样构成了如今的你我。

向着宇宙探索，并非仅仅是探索那无边的神秘，也是追寻我们原初的家园，我们都来自星辰大海。

看电影《火星救援》之前需要了解哪些基本的科学知识

▍火星风暴
故事的起因是火星上突然而来的风暴，风速高达每小时180公里，几乎摧毁了让队员们离开火星的火箭，他们只好提前离开。据果壳网最新一期《科学棒棒棒》主编徐来介绍，火星上形成不了180公里时速的风暴，因为180公里时速的风暴相当15级的强台风。可是火星的大气压只有地球的1%，从风的动能来说只相当4级的风。这其实是电影的一个技术bug，虽然原著作者Andy·Weir知道这个问题，不过为了剧情需要他还是利用了这个bug。
▍火星日
月球的重力是地球的 6 分之一，而火星的重力乃地球 2.5 分之一，火星也有自转与公转，如果我们依据太阳运动来定义时间，那火星一天的时间为：24 小时 39 分钟 35.24409 秒，比地球太阳日长 2.7%。因此使用火星日便是根据火星的生态作息来过生活。
▍火星上种土豆
在火星上种土豆不是一件简单的事情，虽然男主是加州大学的植物学家，但是他并不擅长种土豆。种土豆不光需要活的土豆，还需要阳光、氧气、二氧化碳和水。
目前科学界认为火星的土壤真的可以种蔬菜，不过要成功可不简单，曾经有研究人员利用火星上探测器的数据，在地球上彷造火星的土壤，结果成功地让植物发芽、生长，不过只活50天。除了以上的因素之外，还需要养分，男主是一位植物学家，他看一眼真空厕所就找到了方法，因为粪便中微生物，可以得到植物所需要的养分和矿物质。不过，在火星上种土豆最重要的是：水！
▍水从哪里来
男主为了种活土豆，他想到利用留下来的火箭燃料。火箭的燃料是“联氨”（hydrazine，N2H4 ）通过燃烧里面的氢原子与周围的氧气结合，就会产生水：N2H4 + O2 → N2 + 2H2O。不过联氨是传统的火箭燃料，是有毒的物质，燃烧的过程一个不小心还会爆炸。所以男主没有直接燃烧燃料，而是先用催化剂，把火箭燃料分离成了氮气和氢气。
我们知道氢气和氧气一起燃烧就会生成水，不过氢气经常不能够充分燃烧，会有小部分逃逸出来，聚集多了之后就会可能引发爆炸。不过男主马特·达蒙反其道而行之，让氧气在氢气中燃烧，为此他制作了一个设备，在其中充满了氢气，然后把氧气一点点输入进去，让氧气在氢气中充分燃烧。但是他忘了自己呼出的气体当中，也是包含氧气的，这一点造成了后来的爆炸。最后他发现了这里面的bug，戴上头盔才解决这一bug。事实上，在Andy·Weir写《火星救援》的时候，NASA就宣布了火星表面上有液态水，某些地区每到夏天就会有深色的“水渍”往山谷流下。
▍火星任务
NASA开展一次火星任务从开始到结束需要三年时间，前期需要大量的时间分成14次无人飞行任务运送物资到火星固定位置上。物资到位后，宇航员以常规方式进入地球轨道，乘飞船登上赫尔墨斯号。在准备期间，会有四次无人飞行任务为宇航员运送燃料和给养。一旦所有工作准备完成，宇航员就启程飞向火星。花上数天时间，消耗大量化学燃料，将飞船送入火星轨道。进入火星轨道后，宇航员乘坐MDV（降落仓）抵达火星地表。他们结束31个火星日的任务后，MAV（返航仓）将他们送回赫尔墨斯号。
▍登陆火星
电影《火星救援》虚构了“Ares3号任务”搭载离子推进器的赫耳墨斯号飞船实现人类首次登陆火星。而离子推进器则是真实存在的科技，NASA位于格伦研究中心的电子推进实验室，其”演进氙离子推进器"(简称NEXT)引擎，该7千瓦推进器旨在推动NASA未来的深空探测器，可达到时速32.1万公里的推进力。"NEXT"的全称为"NASAs Evolutionary Xenon Thruster"，NEXT离子推进器是取代燃料火箭(工质)，更适合太空飞行的(非工质)动力引擎。
▍火星救援难度
火星救援最困难的是如何离开火星表面。这就是为什么有人想出了有去无回的殖民计划，因为返航实在太难了。想想我们用来离开地球的火箭，那往往是非常巨大的；再比较一下月球登陆舱：小小的一只盒子，就能飞离月球表面了。这就是重力和大气造成的区别。当有人说起甲烷氧气燃料，他们说的是从火星大气中制造燃料的做法，这就是MAV（返航仓）起飞的方式，它先是在火星上降落，然后就待在那里制造燃料。如果你能用火星大气造出15000公斤的火箭燃料，那就相当于可以随身少带15000公斤燃料。
▍火星探测旅居者号
男主如何开着火星探测旅居者号驶过3200公里？主要是直接用太阳能板给蓄电池充电。同时为了保暖，男主做了一件被禁止的事情，就是挖出前几次任务装有2.6千克同位素钚238的发电机，相当于一台大概1500瓦左右的取暖器。男主就是靠太阳能充电和钚238的发电机取暖，驶过3200公里到了救援准备地点。
▍十六进制
16进制是计算机中数据的一种表示方法。同我们日常生活中的表示法不一样。它由0-9，A-F组成，字母不区分大小写。与10进制的对应关系是：0-9对应0-9；A-F对应10-15；N进制的数可以用0到(N-1)的数表示，超过9的用字母A-F。男主和地球图片交流的时候为什么要用16进制呢？不是还有二进制，十进制么？其实答案很简单，那就是编成代码会比较短。毕竟火星到地球发张照片就要半个小时，所以如果用二进制0101写不得写死。而如果用26个字母呢？主角也说了，一个圆划分得太细，不容分的清，造成信息误读反而减低效率。
▍星际通讯
电影中常常出现“用卫星来通讯”这个桥段，当然这件事情如果是只限定在地球上的话，从物理的角度来看是没有错的。我们行动电话所使用的通讯是透过无线电，基本上无线电只能够直线前进，高山与大楼都会阻隔无线电讯号，所以地面上需要设立很多无线电基地台。就算没有高山或大楼，地球本身也是球型，地球表面上就不可能有一条直线(不是弧线)把台湾与美国直接连起来。
所以就需要把讯号发射到天上的卫星，再从天上的卫星把讯号再传到地球的另一边。这种卫星就是通讯卫星，通常在地球的同步轨道上，同步卫星在地球赤道面上绕一圈24小时，与地球自转时间相同，所以从地面上来看，相对于地球上是静止在同一位置。
只要是同步卫星的讯号范围内，就可以在任何一个时间做通讯。本片的场景包函了火星与地球，理论上火星与地球可以经由地面上的天线站，经由无线电讯号的传送直接联络、也可以让地面上的天线站透过火星与地球中间的卫星传递无线电讯号来联络。无线电讯号基本上是走直线的，因为火星与地球都会自转，地面天线站随着火星与地球的自转，转到无法让无线电顺利的传送时，火星和地球就无法联络了。
▍中国宇航局在救援中的作用
中国宇航局主要作用是，将中国的太阳神火箭协助美国把爱丽丝号（MAV，男主最后回来的座驾）送到火星，NASA总结出两份计划：一是把爱丽丝号直接用太阳神送到火星，让瓦特尼等到战神四号的组员抵达；二是把爱丽丝号送到正在减速的哈美斯号（Hermes），并让其加速，进行重力助推前往火星，把男主接走。NASA选择了第一个，但有人秘密地把计划二的内容告知战神三号的组员，并在全员赞成的情况下告知控制中心，让他们发射火箭，把爱丽丝号送上来。
▍为什么要尽可能扔掉返航仓的东西
喷气推进实验室的研究员发现：因哈美斯号进行重力助推后速度较快，只能进入较高轨道，而上升载具要载着一个人到达这个高度，必需减掉五千公斤的质量。因此，他们指示瓦特尼到达后把鼻锥、窗户、控制台、座椅等等拆掉，仅剩下一张椅子和船壳，并从哈美斯号遥控升空。

《火星救援》中都有哪些高大上的黑科技

　1.火星基地居住舱
　　原本是男主角马克沃特尼和其他队友们居住的临时生活舱，这种生活舱内部备有完备的载人环境，航天员在舱内仅需穿着舱内服，为宇航员们在恶劣的火星环境中提供保护。男主不仅在居住舱中吃睡，而且还在其中打造了一个农场和一个工程实验室。
火星居住舱(Habitat)
　　2.火星太空服
　　太空服是影片中男主得以生存下来的必备品之一，因为火星上的气体稀薄并且极其寒冷，航天员若要在火星上进行探测任务，必须得穿火星太空服。
太空服
　　然而片中男主所穿的太空服，并不是NASA开发的真实火星太空服。他们在2012年开发的太空服Z-1，造型类似巴斯光年，十分笨重。
　　3.火星舱内农场
　　看过片子的朋友们应该都知道，整部电影前半段就是一个中规中矩的“农业养殖节目” 男主把居住舱改造成了生态小农场，通过种植土豆，吃土豆维持了几百个太阳日，简直是救命稻草一般。PS：男主是生物科学家，看来学好数理化还是很重要的→_→
火星农场
　　4.水资源再生
　　男主在没有任何与水有关系的资源情况下，他利用着陆器中的推进装置与燃烧肼研发了一套水供应系统，尽可能地收集所有水以求自己生存和种植土豆用。肼是一种有毒的、极不稳定的化学物质，但由于男主是科学家，所以一切都不是问题了...制水也需谨慎
　　5.火星探测车
　　马克沃特尼的又一救命稻草，没有它就无法找到与地球通信的工具；别没法开到推进器离开火星。男主最后在离开之前还特意在车上留下了字条“请善待这辆车，它曾经救过我的命”可想而知这两火星探测车对男主来说有多重要了。
硕大的车轮
　　6.太阳能充电板
　　火星上没有油，没有风，太阳能因此在太空任务中扮演极重要的能源角色。庞大的赫密斯号就是运用太阳能电池板作为能量，马克沃特尼也多次使用太阳能电池板给火星车充电进行长途旅行。
　　7.可佩戴式触屏设备
　　男主跟队员在火星执行任务时，通过手腕上类似对讲机的触屏设备交流。看过科幻电影和《玩具总动员》的人应该对这种设备很熟悉——巴斯光年就有一个。但这一切都只是意淫，这个玩意在航天史上并没有被发明出来过。
连太空服也像巴西光年的造型
　　8.离子推进器
　　《火星救援》开头中，其他宇航员以为男主已经死去，就使用离子推进器驱动宇宙飞船撤离了火星。离子推进器的效率是传统推进器的10倍，离子推进系统的优点是不需要传统燃气系统所需的大量燃料。