火星救援中以二氧化碳为原料制备氧气，以目前的技术水平可以实现吗？
火星救援里那段用二氧化碳制氧的桥段，咱们中国人一看就觉得倍儿亲切，毕竟咱们国家对这种事儿一直都很擅长。电影里马特·达蒙饰演的马克·沃特尼，在火星上就是靠着一个叫“萨巴蒂埃反应器”的东西，把火星大气里含量很高的二氧化碳（CO2）转化成了氧气（O2），同时还顺带生产了水。这事儿听起来就跟咱家做饭一样平常，但要说搁现在，以咱们现有的技术能不能做到，那得好好掰扯掰扯。
核心技术：萨巴蒂埃反应 (Sabatier Reaction)
电影里用到的核心技术，就是萨巴蒂埃反应。这反应说白了，就是把二氧化碳（CO2）和氢气（H2）放在一起，在催化剂的作用下，加热，就能生成甲烷（CH4）和水（H2O）。反应方程式长这样：
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
这东西有啥好处呢？首先，火星大气里二氧化碳浓度高，原料不愁。其次，产物里有水，这可是生命必需品，而且还能电解成氢气和氧气，形成一个循环。当然，电影里为了简化情节，直接把二氧化碳转化成了氧气，这又是另一回事儿了，咱们后面再细说。
能不能做到？
答案是：理论上可以，但电影里的那种高效便捷，在现实中还有不少挑战。
萨巴蒂埃反应本身，在地球上咱们早就玩得很溜了。NASA自己就一直在研究和应用这技术，尤其是在载人航天领域。
国际空间站 (ISS) 的碳排放管理系统： 空间站上有个设备叫“CO2 移除和回收系统”（CDRA），它会吸附宇航员呼出来的二氧化碳。虽然它不直接用萨巴蒂埃反应生产氧气，但它能把二氧化碳浓缩起来，为后续的回收利用打基础。而NASA也确实有过计划，要把萨巴蒂埃反应器集成进去，通过电解水产生的氢气来和二氧化碳反应，生产甲烷和水，再电解水产生氧气。不过，目前空间站主要还是依靠水循环再生氧气，二氧化碳主要还是被抽走处理，不是直接用来大规模制氧。
未来火星任务的设想： 对于火星任务，萨巴蒂埃反应器绝对是明星产品。NASA已经开发了原型机，并在地面进行了大量测试。比如，他们的“火星氧气原位资源利用实验”（MOXIE）就成功地从火星大气中提取二氧化碳，并进行了电解，直接产生了氧气。虽然MOXIE不是直接用的萨巴蒂埃反应，但它证明了“原位资源利用”（ISRU）——也就是就地取材——在火星上是可行的。而萨巴蒂埃反应器，是更进一步的设想，它能更高效地利用火星大气中的碳和通过电解水产生的氢，来生产氧气和水，实现可持续供氧。
电影里的“夸张”之处（或者说简化之处）
1. 直接产氧： 电影里给人的感觉是，二氧化碳直接“变”成了氧气，这可能有点误导。萨巴蒂埃反应的产物是甲烷和水。要得到氧气，还得把水（H2O）电解（通电），分解成氢气（H2）和氧气（O2）。所以，这是一个两步走的过程：
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O (萨巴蒂埃反应)
2H2O → 2H2 + O2 (电解水)
而且，第一步产生的氢气，一部分会和二氧化碳反应，另一部分会和电解水产生的氢气一起，形成一个循环。电影里可能为了情节紧凑，把这个过程给省略了，或者直接让反应器“高科技”一把，直接出了氧气。
2. 氢气来源： 电影里马特·沃特尼用的氢气，是怎么来的？他有一台“电解器”，把车里的水电解，产生氢气。这个没问题，只要有水和电，就能产氢。但关键是，他用的水是从哪儿来的？电影里没细说，但通常是在任务前期准备好的。在真实火星任务中，水源是一个巨大的挑战。可能需要从火星冰层中提取水，或者依靠任务携带的储备。
3. 效率和规模： 电影里展示的反应器，看起来体积不大，但产氧量很高，足够一个人呼吸。现实中的萨巴蒂埃反应器，为了达到一定的产氧量，需要的设备规模、能耗以及催化剂的效率，都得经过精密的设计和大量的测试。而且，在火星极低的温度和大气压下运行，设备的保温、稳定性都需要考虑。
现有的技术水平怎么说？
目前的技术，确实已经能够实现萨巴蒂埃反应的原理，并且在地面进行了多次成功的实验和验证。 NASA和其他航天机构都在积极推进相关的ISRU技术。
MOXIE的成功： 前面提到的MOXIE，虽然是用电解法直接从CO2中分离氧气，但它已经向世界证明了，在火星上“就地取材”制造氧气是完全可行的。这极大地增强了我们对未来ISRU技术的信心。
萨巴蒂埃反应器的原型： 地面上已经有了成熟的萨巴蒂埃反应器设计和原型。一些小型化的、能量效率更高的设备也在研发中。
关键挑战： 现在的挑战主要在于：
小型化和轻量化： 要把设备做得足够小、足够轻，才能方便地运送到火星。
能耗优化： 整个过程需要消耗电能，如何高效地利用太阳能或其他能源，是关键。
系统可靠性： 在极端环境下长期稳定运行，设备的可靠性至关重要。
催化剂的寿命和效率： 催化剂用久了会失效，需要保证其长效性和高转化率。
氢气的稳定供应： 氢气的来源和储存也是一个需要解决的问题。
总结一下：
电影《火星救援》里用二氧化碳制氧的桥段，基本原理是科学的，基于萨巴蒂埃反应。 以我们目前的技术水平，可以实现萨巴蒂埃反应本身，并且已经在地面进行了充分的验证和原型开发。
可以做到，但离电影里那种“变魔术”一样轻松高效，还有一段路要走。 更确切地说，我们有技术基础和原理，但要把这套系统真正部署在火星上，实现可靠的、大规模的、持续的氧气生产，还需要克服很多工程上的挑战，进行更深入的研究和更严苛的测试。不过，随着科技的进步，相信在不久的将来，这套“火星氧气制造厂”一定会成为现实。
核心技术：萨巴蒂埃反应 (Sabatier Reaction)
电影里用到的核心技术，就是萨巴蒂埃反应。这反应说白了，就是把二氧化碳（CO2）和氢气（H2）放在一起，在催化剂的作用下，加热，就能生成甲烷（CH4）和水（H2O）。反应方程式长这样：
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
这东西有啥好处呢？首先，火星大气里二氧化碳浓度高，原料不愁。其次，产物里有水，这可是生命必需品，而且还能电解成氢气和氧气，形成一个循环。当然，电影里为了简化情节，直接把二氧化碳转化成了氧气，这又是另一回事儿了，咱们后面再细说。
能不能做到？
答案是：理论上可以，但电影里的那种高效便捷，在现实中还有不少挑战。
萨巴蒂埃反应本身，在地球上咱们早就玩得很溜了。NASA自己就一直在研究和应用这技术，尤其是在载人航天领域。
国际空间站 (ISS) 的碳排放管理系统： 空间站上有个设备叫“CO2 移除和回收系统”（CDRA），它会吸附宇航员呼出来的二氧化碳。虽然它不直接用萨巴蒂埃反应生产氧气，但它能把二氧化碳浓缩起来，为后续的回收利用打基础。而NASA也确实有过计划，要把萨巴蒂埃反应器集成进去，通过电解水产生的氢气来和二氧化碳反应，生产甲烷和水，再电解水产生氧气。不过，目前空间站主要还是依靠水循环再生氧气，二氧化碳主要还是被抽走处理，不是直接用来大规模制氧。
未来火星任务的设想： 对于火星任务，萨巴蒂埃反应器绝对是明星产品。NASA已经开发了原型机，并在地面进行了大量测试。比如，他们的“火星氧气原位资源利用实验”（MOXIE）就成功地从火星大气中提取二氧化碳，并进行了电解，直接产生了氧气。虽然MOXIE不是直接用的萨巴蒂埃反应，但它证明了“原位资源利用”（ISRU）——也就是就地取材——在火星上是可行的。而萨巴蒂埃反应器，是更进一步的设想，它能更高效地利用火星大气中的碳和通过电解水产生的氢，来生产氧气和水，实现可持续供氧。
电影里的“夸张”之处（或者说简化之处）
1. 直接产氧： 电影里给人的感觉是，二氧化碳直接“变”成了氧气，这可能有点误导。萨巴蒂埃反应的产物是甲烷和水。要得到氧气，还得把水（H2O）电解（通电），分解成氢气（H2）和氧气（O2）。所以，这是一个两步走的过程：
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O (萨巴蒂埃反应)
2H2O → 2H2 + O2 (电解水)
而且，第一步产生的氢气，一部分会和二氧化碳反应，另一部分会和电解水产生的氢气一起，形成一个循环。电影里可能为了情节紧凑，把这个过程给省略了，或者直接让反应器“高科技”一把，直接出了氧气。
2. 氢气来源： 电影里马特·沃特尼用的氢气，是怎么来的？他有一台“电解器”，把车里的水电解，产生氢气。这个没问题，只要有水和电，就能产氢。但关键是，他用的水是从哪儿来的？电影里没细说，但通常是在任务前期准备好的。在真实火星任务中，水源是一个巨大的挑战。可能需要从火星冰层中提取水，或者依靠任务携带的储备。
3. 效率和规模： 电影里展示的反应器，看起来体积不大，但产氧量很高，足够一个人呼吸。现实中的萨巴蒂埃反应器，为了达到一定的产氧量，需要的设备规模、能耗以及催化剂的效率，都得经过精密的设计和大量的测试。而且，在火星极低的温度和大气压下运行，设备的保温、稳定性都需要考虑。
现有的技术水平怎么说？
目前的技术，确实已经能够实现萨巴蒂埃反应的原理，并且在地面进行了多次成功的实验和验证。 NASA和其他航天机构都在积极推进相关的ISRU技术。
MOXIE的成功： 前面提到的MOXIE，虽然是用电解法直接从CO2中分离氧气，但它已经向世界证明了，在火星上“就地取材”制造氧气是完全可行的。这极大地增强了我们对未来ISRU技术的信心。
萨巴蒂埃反应器的原型： 地面上已经有了成熟的萨巴蒂埃反应器设计和原型。一些小型化的、能量效率更高的设备也在研发中。
关键挑战： 现在的挑战主要在于：
小型化和轻量化： 要把设备做得足够小、足够轻，才能方便地运送到火星。
能耗优化： 整个过程需要消耗电能，如何高效地利用太阳能或其他能源，是关键。
系统可靠性： 在极端环境下长期稳定运行，设备的可靠性至关重要。
催化剂的寿命和效率： 催化剂用久了会失效，需要保证其长效性和高转化率。
氢气的稳定供应： 氢气的来源和储存也是一个需要解决的问题。
总结一下：
电影《火星救援》里用二氧化碳制氧的桥段，基本原理是科学的，基于萨巴蒂埃反应。 以我们目前的技术水平，可以实现萨巴蒂埃反应本身，并且已经在地面进行了充分的验证和原型开发。
可以做到，但离电影里那种“变魔术”一样轻松高效，还有一段路要走。 更确切地说，我们有技术基础和原理，但要把这套系统真正部署在火星上，实现可靠的、大规模的、持续的氧气生产，还需要克服很多工程上的挑战，进行更深入的研究和更严苛的测试。不过，随着科技的进步，相信在不久的将来，这套“火星氧气制造厂”一定会成为现实。
网友意见
当然可行。
火星大气中超过95%都是二氧化碳，如果能直接转换成氧气，毫无疑问是个非常大的技术进步，原位资源补给将大大有利于人类的火星探测。
近期NASA宣布人类历史上最为复杂的火星车“火星-2020（Mars 2020）”的建造取得重大进展，将会顺利赶上2020年7月的发射窗口，而这个探测器将携带人类首个火星制氧设备MOXIE（Mars OXygen In situ resource utilization Experiment，火星氧气原位利用实验）。
这套极其复杂的装置将由MIT领导，与哥本哈根大学研究所合作。它自身重15千克，可以通过非常复杂的反应过程，将二氧化碳转变为氧气和一氧化碳，一氧化碳可以排出或进行下一步利用。
实验的目的是在50个火星日内保持每小时产出10g纯氧的速度，性价比可谓奇高。
如果火星2020能证明实验一切顺利，NASA将会大规模生产这种装置，至少能把工作能力扩大一百倍，对于未来火星探测而言可谓重大利好。
这只是火星2020的几大黑科技之一，具体关于它的介绍可以参考，
更多关于人类火星探测和未来规划的请参考，
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