五、探路者号火星探测器到底有什么用处?
Mark出远门的主要目的，就是为了找到1996年发射的火星探测器——探路者号。(Pathfinder)
图4 电影中Mark的路线以及主要地点
探路者号于1997年7月4日到达火星，着陆地点距离Mark的基地大约800公里。由于火星大气主要成分是二氧化碳，几乎没有水和氧气，因此在火星表面暴露几十年之久的探测器并不会因为化学腐蚀而出毛病，主要需要担心的就是长期暴露在太空辐射下可能导致的电子器件失灵，不过大多数航天器都有相当好的防辐射措施，所以让探路者号恢复工作的成功率还是很高的。
在Mark让探路者号起死回生之后，便可以通过上面的摄像机向地球直接传送信息，但是NASA却无法直接回应，毕竟在设计探测器的时候没人会想着这玩意儿有一天居然会被用来Facetime。
最终Mark和NASA约定用16进制的ASCII编码来传递信息。熟悉计算机的读者都知道，美国信息交换标准代码(American Standard Code for Information Interchange)利用两位16进制数，最多可以表示256个字符(实际只定义了128个)，用来显示所有字母和阿拉伯数字绰绰有余。
影片中NASA只需要控制探路者的360度摄像头指向16个不同的方向就可以向Mark发送信息。此后，Mark在NASA的帮助下“黑”进了探路者，成功实现了信息的双向传递。据NASA介绍，探路者上的确有相应的接口可供Mark连接电脑进行操作。
图5 . 1996年，位于喷气推进实验室(JPL)的探路者号探测器，其中离我们最近的太阳能板上是旅居者号探测小车，电影中也有展示。
基地全貌
六、过渡仓为何会发生爆炸?
就在看起来一切顺利的时候，Mark的火星温室却发生了爆炸。究其原因，原著中也有提及。在常压的室内和几乎真空的室外之间，需要有一个过渡舱段——减压舱。每次出门时，这个舱室的气压会从一个大气压降到0.06个大气压，每次返回时又会升到1个大气压，而连接舱室和减压舱，并且保证气密的，通常是柔性材料，譬如涂布了高分子聚合物的碳纤维布。
片中这些材料的使用时间显然远远超出预计，由于事先遭遇了强风，再加上不断进出时导致的压强变化，超过了碳纤维布的疲劳极限(譬如原本粘合在一起的多层碳纤维出现了脱胶)，最终支撑不住导致爆炸。如果减压舱的横截面积在2平米左右，那么爆炸瞬间可以产生超过20吨的推力，的确可以把Mark和减压舱一起抛出好远。
NASA和中国宇航局合作
七、“出事靠中国”的思路是如何产生并且发挥作用的?
由于Mark的农产不复存在，NASA必须进行一次紧急发射提供足量的食物，然而此时距离Mark彻底断粮还有四百多天，而地球到火星“只”需要9个月，为何如此时间反而如此紧迫?别忘了地球和火星处于不同的轨道，相对位置一直在变化，此时火星已经偏离理想位置太远，简单的霍曼转移轨道无法让货运飞船和火星交汇。这枚火箭可能需要到达能量更高的轨道，并且在这条轨道上运行将近一个周期才能到达火星，这本身就需要大约400天——所以NASA才必须争分夺秒准备这艘补给飞船。
天体物理学家在演示方案
只可惜这次任务失败了，电影中，一位黑人天体物理学家想到了补救的方案——利用地球引力改变Hermes空间站的轨道，让它重回火星救回Mark Watney。在这个方案中，Hermes都只是飞过地球和火星，在这两次短暂的“相会”中，NASA必须把足够的给养送到Hermes上，然后让Mark有能力挣脱火星引力的束缚接近Hermes。即使是看似简单的第一个任务，也需要推力强大的火箭才能完成，因为此时Hermes相对地球的速度非常的快，火箭除了能挣脱地球引力，还需要加速到足够追上Hermes才可以。影片采取了近年来好莱坞常用的“太空出事靠中国”的思路，借用了强大的“太阳神”推进器把给养送达了Hermes。
Hermes的轨道，绿色是任务开始时从地球到火星的轨道，黄色是第一次离开火星的轨道，它在星号处开始变轨，在数字3处利用地球引力大幅改变轨道，在4处飞越火星，救回Mark。
电影中的Hermes和通常的火箭不同，使用了等离子推进器。这种推进器的特点是效率极高，比通常的化学火箭高出近两个量级，因而很适合长期的太空任务。然而这种火箭的推力也非常的小，在大多数时候，Hermes的速度每秒钟只能增加2mm/s。这也导致Hermes的变轨需要长时间的积累，计算它的轨道也会比普通的火箭困难。普通的化学火箭发动机工作时间只有几十到几百秒，相对整个任务来说几乎是一瞬间，每次变轨可以看成是被“踹了一脚”，之后就只需要考虑引力影响，而计算Hermes的轨道则需要考虑等离子引擎推力的积累效应，从解析角度看，方程会复杂很多，不过对于现代计算机依然是小菜一碟，片中的想出变轨方案的工程师Rich Purnell不得不偷偷利用超级计算机来推算轨道，是过于夸张了。
原作者倒是在自己的网站上给出了完整的轨道计算程序(包含源代码)，感兴趣的读者可以自己去试试：
http://galactanet.com/martian/
NASA
八、Mark为何可以坐敞篷车飞向太空?最后的太空拦截如何成功?
现在Mark所要做的，就是前进3000公里，到达计划中的战神4号着陆点，利用已经预先着陆的“火星发射载具”(Mars Ascent Vehicle， MAV)脱离火星，与Herme会和。为了完成这段长途跋涉，Mark需要把制氧机和净水机安装到火星车上，为此他必须给火星车“扩容”——在车顶开一个大洞，然后用多余的帐篷密封起来，做成一个鼓包。
这里有必要提一下片中所提的战神任务流程：在宇航员到达火星之前，会有一系列的无人任务向火星投送给养，其中一个关键物资就是火星发射载具。这个精致的小飞船为了节省重量，只携带了液氢作为制造燃料的原料(我猜测最有可能的原理是利用萨巴捷反应把氢气和二氧化碳变成甲烷和水)，而用作氧化剂的液氧则利用制氧机分解二氧化碳获得，整个过程大约需要24个月，因此它差不多是每次任务中最早到达火星的。在Mark最终到达战神4号着陆点的时候，它已经制造了一年半的燃料，再加上Mark电解水甚至尿液获得的液氢液氧，火星发射载具的的燃料应当是充足的。
不过，MAV原本只是为了离开火星表面，到达比较低的轨道高度，然后Hermes也会减速进入火星轨道，最终完成对接。然而，这次Hermes由于轨道受限，只能高速飞越火星，MAV需要以更高的速度到达更高的轨道来和Hermes会和，为此，Mark必须尽可能的为MAV减重，于是我们看到了电影中的一番大扫除：五个座椅，操作设备，挡风玻璃，备用燃料泵等到都被拆掉。
这一番大动作，MAV减重大约40%，这意味着起飞时的加速度会比通常的8到9倍重力加速度要高，达到12倍!即使是受过抗过载训练的人，也可能会失去意识。虽然电影中有句台词叫“Space never cooperates”，不过火星的两大特性在这里可帮了大忙：火星大气的密度大约只有地球的1%，也就是说为了达到同样的“风力”，火星的风速得是地球的100倍，即使MAV加速到数千米每秒，也就相当于在高速上开窗而已，于是可以让MAV不考虑外形是否流线而被改造成敞篷车，Mark自然也可以耐受住迎面而来的风力;只有地球三分之一的重力让MAV只需要单级火箭+减重就可以脱离火星轨道，要知道在地球上，即使只是进入高度最低的近地轨道，单级火箭也几乎是不可能办到的(除非有效载荷极小)。
最终，由于“敞篷”在起飞过程中脱落导致阻力增加，Mark没能达到预定高度，Hermes必须进行机动才能到达相应位置。在太空航行中，限于人类目前的推进技术，位置永远和速度息息相关，为了和Mark对接，变轨后的Hermes与Mark的相对速度会超过40米每秒，必须用非常手段进行减速。单靠舱外宇航服的动力无法完成这种规模的加速，这意味着整个Hermes的速度都需要降低大约30米每秒。
全体成员
电影给出的疯狂想法我非常喜欢：既把情节推向高潮，也有足够的科学依据：炸开Hermes前进方向上的某个舱门，舱内的空气会以数百米每秒的速度喷出，如果还能带出一些杂物，算上舱门爆炸时的反冲，的确有可能产生每秒十米量级的速度变化，从而让Hermes上的宇航员安全“捕获”我们的主角。
宇航员在火星的风暴中前行
说了这么多，还是得提一下电影最大的科学“硬伤”——开头风速接近每小时300千米的风暴(有记录的台风最大持续风速大约是315km/h)，只可惜这样的火星风暴相当于地球上时速几千米的微风。作者本人也知道这一点，他原本安排了一个MAV发动机实验事故的开头，后来觉得《火星救援》既然是一个人挑战自然的故事，用自然灾害作为起因显然才够酷。
用科学推理创造困难，再用科学实验解决困难，《火星救援》堪称“硬科学”电影的典范。如果想了解更多细节，强烈推荐阅读原著，绝对称得上是一本详尽的火星生存手册，其中的幽默感相比电影更是有过之而无不及
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