离移民火星更近一步，我国科学家研发出智能机器人，有助于在火星上制造氧气

本文来自微信公众号：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF

要想在火星上定居，我们需要足够的氧气。但是，单靠火星自身的力量，很难创造一个供人类及许多地球生命自由呼吸的环境。近日，中国科学技术大学的科学家们利用人工智能工具，以火星陨石为原材料，合成了制氧反应的催化剂。那么，我们离移民火星更近一步了吗？

如果地球太拥挤，你会不会考虑移民去火星？在许多科幻小说或者科幻电影中，都有人类向外太空移民的场景。火星作为我们的邻居，是科学家研究得较多的一颗类地行星。我们对移民火星的计划充满了浪漫的想象，但实际上我们也知道，现在的火星并不合适人类生存，利用火箭运输物资去火星也并不划算。

不过，或许这些困难中就隐藏着解决方案 -- 想要在火星创造适合人类生存的环境，就需要大量的材料和设备，而如果从地球往火星运输材料和设备划不来，那么，可以在给予火星必要材料和设备后，在火星上实现自主生产。近日，中科大的科学家们就实现了在火星自主制氧。

火星上的制氧车间

近日，在发表于《自然・合成》（Nature Synthesis）的一篇文章中，中国科学技术大学的罗毅、江俊、尚伟伟教授团队与深空探测实验室张哲研究员等介绍了一款智能机器人（人工智能化学家"小来"），它可以对火星矿石（来自火星或者已证实火星上存在的陨石）进行化学预处理，再利用激光诱导击穿光谱仪（LIBS）测定火星矿石的金属含量，然后利用化学试剂提取所需的金属成分，最后制成所需的催化剂，并利用催化剂进行制氧。

矿石成分复杂，制氧过程也可能不稳定，因此，科学家对"小来"进行了训练（如机器学习、贝叶斯优化算法等），让"小来"构建了一个预测模型，可以在复杂的条件下，模拟出最佳的催化剂配方以及制氧的反应条件。

在这个制氧车间中，人类科学家们提供了基础的设备和材料，而许多工作能顺利进行还要依赖这位人工智能化学家。以火星矿石为原料制作催化剂，有 3764376 种方法，如果对每种方法进行验证都需要花 5 个小时，人类科学家要花 2000 年才能找出优化方案，而"小来"在两个月内就完成了任务。

在 23℃下，在 1mol / L 氢氧化钠的溶液中，AI 化学家制成的催化剂生产氧气的平均速率是，1 平米的催化剂材料 1 小时可生成 59.08g 氧气。也就是说，如果将一个 100 平米大、3 米高的火星基地的天花板都涂满这种催化剂，大约经过 15.2 个小时，基地内的氧气就能满足人类生存的需要。

在火星上生产氧气，不仅为火星创造了宜居的环境，也为航天器往返火星、地球创造了可能。因为火箭推进剂也需要大量的氧气，想要飞往火星的航天器能够返航，在火星上创造可以起飞的条件非常重要。

火星探测的发展

考虑到火星表面低温（在大部分时间温度都低于 0℃）、大气中二氧化碳含量高等情况，科学家利用太阳能和近似火星环境的溶液（-37℃下，2.8mol / L 的高氯酸镁盐水溶液）模拟了制氧过程。这个模拟过程能具有实际意义，要归功于近期火星上水活动证据的发现。

近期，根据火星探测器传回的数据，科学家发现了许多水流的痕迹，如河床、海岸线以及众多的河流三角洲遗迹。这些发现重新激起了许多人对移民火星的憧憬。

1960 年，苏联发射的火星 1A 号探测器是人类探测火星的开端。1964 年，美国发射的水手 4 号火星探测器是历史上第一个成功到达火星的探测器。随后美、苏、欧、日等国相继发射了数十个火星探测器。2020 年，"天问一号"探测器成功发射，中国也开启了火星探测之旅。2021 年，中国发射的"祝融号"火星车成功着陆火星。

除了往火星上发射探测卫星或者火星车，各个国家也在考虑载人火星探测计划。中国计划在 2033 年、2035 年、2037 年、2041 年、2043 年分别向火星发射载人探测器。美国航空航天局也计划在 2033 年实现人类登陆火星计划，并开展了人类健康和行为的测试和实验、生命支持系统开发、太空中 3D 打印、火星生活模拟、威力超强的运载火箭"太空发射系统"开发等工作。

火星探测离人类大规模移民火星的预想还有一段距离，这个过程中一个重要的挑战就是成本问题。不过，最近几年，我们也看到随着航天技术的创新（如可回收火箭在航天领域的应用越来越频繁），航天成本正在急剧下降。各项火星探测计划按部就班推进的同时，移民火星就有希望出现在可预见的未来。

在火星自主造房子

除了在火星自主制氧，科学家也尝试过利用火星本身的资源进行其他生产活动。

2021 年，英国曼彻斯特大学的科学家曾用宇航员的血液和尿液作为粘合剂，以火星土壤为原材料制作出了新型混凝土，抗压强度可以达到 40 兆帕斯卡（普通混凝土的抗压强度约为 32 兆帕斯卡）。

2023 年，该团队发表文章，宣布他们又改进了这种"星际混凝土"。他们改用土豆淀粉作为粘合剂，而以火星土壤为原材料制作出的混凝土抗压强度达到了 72 兆帕斯卡，以月尘为原材料制作出的混凝土抗压强度甚至达到了 91 兆帕斯卡。

以土豆淀粉为粘合剂的混凝土更加坚固。同时，土豆也可以作为宇航员的食物，以土豆淀粉为粘合剂既方便又省事。

尽管现在火星的生存条件恶劣，但是如果能克服太空飞行、定居火星等过程中存在的困难，或许在地球环境进入绝境之前，火星可以成为我们的一个退路。另外，如果我们可以顺利登陆火星，就能勘察火星的资源，并对可能的生命演化过程进行研究，那么即使我们没有大规模移民火星，火星资源以及关于火星生命演化的理论也可以为解决地球上生命生存问题提供解决方案或者新思路。

参考文献：

• https://www.nature.com/articles/s44160-023-00424-1#Sec2