東海大學火星任務競賽
星際之橋：我們的火星之路
前往火星的航程並非直線，而是透過「霍曼轉移軌道」在特定時機以橢圓路徑抵達火星。當地球與火星形成最佳幾何相位（約每 26 個月一次），太空船於第一階段點火離開地球軌道，沿著轉移橢圓進行約 9 個月的深空巡航；接近火星時再以第二次點火減速，受到火星引力捕獲後進入其軌道，最後克服高速入氣、氣動減速、降落傘與火箭推力輔助等著陸工程，安全降落紅色大地。此方法以太陽引力為「拋擲」助力，讓太空船與火星在同一時間、同一地點相遇，兼具省燃料與可預測的特性。利用基本軌道力學參數（如地球與火星軌道半徑的平均值與太陽引力常數）即可估算單程時間，典型航程約 260 天，為跨行星任務設計與時程規劃提供可靠依據。
航向火星的路不是直線，而是把握時機與軌道的藝術；算準相遇，才能抵達遠方。
圖：東海應數－火星任務
新世代火箭動力－離子引擎
離子推進系統透過陰極管把電子送到推進器裡。原本就帶負電的電子在放電腔裡與推進劑（通常是惰性氣體氙）接觸，再被強力電磁鐵所吸引。自由電子碰到推進劑裡的中性原子時，氙會分裂成兩個帶負電的電子和一個帶正電的離子。離子會被拉進離子光學系統裡，也就是包含數千個同軸孔的電極。靠近出口的那端帶負電，靠近火箭的那端帶正電。帶正電的離子會流向帶負電的那一端，壓縮並形成離子流。離子流從推進器末端噴出，提供推動火箭所需的動力。
火星任務與磁流體鋰電池回收：太空探索的永續之道
火星探索對能源永續性提出嚴峻挑戰，特別是鋰電池的回收再利用。傳統回收在地球已複雜，火星環境更難。為此，科學家正探索「磁流體」技術，為火星鋰電池回收帶來突破。 磁流體能精確分離廢棄鋰電池中的各組件，如正負極材料、電解液等。透過控制磁場，可有效從電池廢料中提取稀有金屬和化學物質，避免污染火星環境，並為火星基地提供可再生材料。 這項技術不僅降低從地球運送新電池的成本，更為火星長期駐留和自給自足奠定基礎。在火星上建立微型回收站，利用磁流體高效回收探測器、居住艙甚至電動車的廢棄電池，重新製成新的儲能裝置。這將顛覆太空資源利用模式，為人類在火星及深空探索中，開創永續、高效且環保的新紀元。
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太空站微量吸取器與微重力下的細胞培養
體驗太空中的實驗設備：
太空站的實驗室中，研究人員使用與地球生物實驗相同的「微量吸取器」。這種儀器能精準吸取僅1微升的液態樣本，以便進行分子層次的實驗。
微重力環境下的實驗應用：
太空站的實驗室利用微重力這種獨特的環境，進行複雜的實驗。例如，研究人員可以輕鬆地吸取微量的液態樣本進行分析。
對人類健康的潛在影響：
在微重力或低重力環境下，人體細胞的生長和功能可能會發生變化。這需要進一步的研究來了解長期太空旅行或火星居住對人體健康的具體影響。
細胞生長與微重力的影響：
- 地球上的細胞培養： 大多數動物細胞（除了血球細胞）需要附著在細胞外基質上才能啟動分裂（稱為「貼附依賴性細胞分裂」）。在地球上，細胞培養技術利用重力使細胞貼附在培養皿上生長。
- 微重力下的挑戰： 在微重力環境下，細胞培養實驗的進行方式有所不同。研究發現，不同組織的細胞分裂速度與地球上存在差異。
- 對火星生活的啟示： 由於火星的引力僅為地球的三分之一，這引發了人們對長期生活在火星上的人類，其器官可能受到的影響的思考。
火星上的化學任務：氧氣、水與燃料
在火星生活，最大的挑戰不是距離，而是空氣與能源。火星的大氣幾乎全是二氧化碳，讓「自己製造氧氣」成為必要。2021 年登陸的「毅力號」上，MOXIE 裝置把二氧化碳在高溫下分解，成功產出可呼吸的氧氣，開啟就地取材的新可能。更令人期待的是水資源：火星表面和極地儲有冰，只要電解水就能得到氫與氧。氫可以變成燃料，或進入燃料電池轉成電能；氧則用來燃燒與維持生命。當氫與氧在燃料電池裡再度結合，又會生出水，形成一個小型循環。這樣的技術組合，讓人類在火星上「帶得少、用得久」，朝向自給自足的未來前進。
成為火星的第一批移民
在在想像中的火星理想國度，你會怎麼選擇？是以「新創造的火星幣」為交易媒介，還是沿用地球貨幣？資源要由全民公有、透過競價分配，或由市場機制與政府共同治理？第一批移民該重視專業技能還是資產稟賦？若能帶一樣物品登陸，你會選擇貴金屬，還是能啟動生產的機械工具？這些決定，不僅形塑經濟制度，也將定義在紅色星球上生活的公平與效率。
在火星可行、回饋地球永續
東海大學國際學院「永續科學與管理學士學位學程」以火星為情境、地球為核心，提出以熔岩管作基地（具輻射遮蔽、穩定壓力與溫度、減少沙塵暴影響），結合在地資源製造的強韌可回收 BL-PLA（以微生物產生乳酸的 PLA 與玄武岩纖維複合，適合 3D 列印）建構棲居；在食物面，以地球永續農法為基礎，導入智慧食物單元（1 m² 可種 20 株、滴灌、20 L 儲水、太陽能泵與定時器）提升水與能效；能源則以太陽能與水相關電化學技術整合供電與儲能，並配合準地球化設施設計形成可居住的生態圈，達成「在火星可行、回饋地球永續」的雙向互補願景。
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