月球基地

劉汝

Space

歐洲空間局不久前表示，一個永久性的“月球站”有可能取代國際空間站。現(xiàn)在，就讓我們來看一看目前有關第一個月球基地的比較可行的設想。

1972年12月，當時離開月面的美國“阿波羅17號”飛船，宣告為期3年的載人登陸月球、進行出艙探索的大膽冒險降下帷幕。在此期間，共有12名地球人在月球塵土中留下了自己具有歷史意義的足印。但在此之后40多年里，月球這個距離地球最近的鄰居再也未被人類親身接觸過，只有從地球發(fā)射的機器人任務——探測器探索過這顆地球衛(wèi)星。但根據(jù)美國宇航局和歐洲空間局（簡稱歐空局）的最新計劃，這個現(xiàn)狀很快就可能被打破。歐空局新任局長沃納最近表示，該局希望在月球上建立一個地球村——地球人在月面的基地。美國和俄羅斯等國也表示有類似的打算。如此看來，我們是否已經(jīng)進入了人類在月面永久性存在的時代？

建造月球基地

①月球南極在一天內(nèi)90%的時間里都有光照，這讓它成為月球基地是目前看來的最佳選址

②月球登陸器把居住艙送至月球

③居住艙釋放膨脹圓頂，為月球基地提供建筑構架

④采用月球土壤、通過3D打印出的墻壁塊

⑤每個像這樣的結構，都需要3個月時間才能完成

第一階段 到達

首先需要指出的一點是：在航天活動中，發(fā)射重量越輕越好。把區(qū)區(qū)1千克材料發(fā)射到太空（還不說發(fā)射到月球軌道及讓它登陸月球），花費至少是1萬美元。難怪熱衷于載人月面探索的科學家當中，眼下流行的一個最熱門理念就是——“就地取材”。換句話說，就是采用月面上存在的材料，盡可能降低月球基地任務的成本。因此，月球資源將決定月球基地的選址。

這臺3D打印機一層一層地“打印”材料

這塊重達1.5噸的建筑材料，是通過3D打印得到的

沃納的理念是，在月球遠端（或稱月球背面，指一直背對地球的月球半面）建造月球基地。很多科學家也認為，月球背面是月球基地的最佳選址。在那里安裝望遠鏡當然不錯，但缺點是需要一系列中轉衛(wèi)星來保持月球背面與地球之間的聯(lián)絡——這是一個很重要的心理因素，因為不能讓在月球背面工作的宇航員（這是西方國家的稱呼，俄羅斯和中國稱“航天員”）感到與世隔絕。此外，如果純粹出于對資源利用的考慮，那么靠近月球南極的地方或許是較好的選址，因為那兒有大量水冰和其他礦物質(zhì)。俄羅斯目前正在考慮把月球南極地區(qū)的馬拉博特山作為月球基地的選址。

月球南極的另一個優(yōu)勢是氣候。月球是個與地球迥然不同的地方，月球自轉一圈要花接近1個月時間。在月面上的大多數(shù)區(qū)域，每個夜晚要持續(xù)大約兩星期。然而，月球南極的一些區(qū)域卻幾乎一直被照亮，與地球北極的夏季情況很相似。這意味著這些區(qū)域沒有大的溫度變化，因而能讓架設在那里的太陽能電池板吸收充足的陽光，為月球基地提供電力。

如果一開始就建造人類月球基地，風險也許過大。那么，可不可以先建造機器人月球基地？日本航天機構正在作這種打算。他們希望到2020年時能在月面建立一個機器人基地，用機器采集最遠為距離基地97千米外的月球樣本，把樣本送回基地，再用火箭發(fā)射回地球。

第二階段 建設

3D打印技術的出現(xiàn)，有可能促進月球基地的建造。2014年年底，一個套筒扳手的設計藍圖被電郵給國際空間站上的宇航員，他們使用自己的3D打印機創(chuàng)制出這件器具。科學家們對于在月球基地使用類似技術充滿期待。歐空局正在向美國建筑設計巨頭“福斯特伙伴”咨詢采用月球土壤作原材料、通過3D打印在月面建設大型基礎設施的可行性?？茖W家已經(jīng)證明，作為一種非常有效率的工具，3D打印能夠處理月面的疏松材料。

月球基地設計效果圖

是否能收集足夠的月球土壤，并且把它送進3D打印設備？這一點尚待觀察?？茖W家警告說，有必要先發(fā)送機器人到月球，確保3D打印系統(tǒng)能在月面的低重力環(huán)境下運作。如果能成功，一旦出現(xiàn)緊急情況，就能在地球上設計好一臺月球基地需要的重要設備，把設計方案發(fā)送到月球，幾小時內(nèi)就能在月面把它變成一臺設備并投入使用。與之相比，如果用火箭把這臺設備從地球發(fā)射到月球，恐怕得花幾天時間，而且花費相對也很大。

1 由3D打印的保護盾，保障月球基地居民不受輻射等侵害 ?2 充壓居住區(qū)域能讓4人居住 ??3 這處設施為月球基地提供日光照明 ??4 初始艙充當氣閘艙和技術支持艙，其中裝備有通信等多種設備

在由“福斯特伙伴”設計的理念中，原材料被3D打印成一種輕質(zhì)量可膨脹架構。而美國私人航天巨擘比齊洛公司建議采用小型獨立膨脹艙，該公司目前已開始與美國宇航局進行這方面合作。美國的第一座膨脹型月球基地有可能在2025年到位。俄羅斯的馬拉博特山“定居”計劃也由一家私營公司承頭，該公司認為建造月球基地的技術目前還不成熟，但有可能在5年后成熟。為了建造一個月球基地，將需要進行50次火箭發(fā)射，總費用高達近100億美元。這可能成為制約月球基地建造的一個重要因素。

月球數(shù)據(jù)

1.6米/秒2 月球引力加速度

3474.8千米 月球直徑

-53℃ 月球赤道平均溫度

12人 曾經(jīng)到過月面的人數(shù)

3.8厘米 月球每年增加的與地球之間距離

59% 從地球上能看見的月面占比

45.3億年 月球年齡

第5位 按照從大到小順序，月球在太陽

系衛(wèi)星中的排名

第三階段 居住

3D打印技術的出現(xiàn)，有可能促進月球基地的建造。2014年年底，一個套筒扳手的設計藍圖被電郵給國際空間站上的宇航員，他們使用自己的3D打印機創(chuàng)制出這件器具?？茖W家們對于在月球基地使用類似技術充滿期待。歐空局正在向美國建筑設計巨頭“福斯特伙伴”咨詢采用月球土壤作原材料、通過3D打印在月面建設大型基礎設施的可行性?？茖W家已經(jīng)證明，作為一種非常有效率的工具，3D打印能夠處理月面的疏松材料。

月球基地剖面圖

是否能收集足夠的月球土壤，并且把它送進3D打印設備？這一點尚待觀察?？茖W家警告說，有必要先發(fā)送機器人到月球，確保3D打印系統(tǒng)能在月面的低重力環(huán)境下運作。如果能成功，一旦出現(xiàn)緊急情況，就能在地球上設計好一臺月球基地需要的重要設備，把設計方案發(fā)送到月球，幾小時內(nèi)就能在月面把它變成一臺設備并投入使用。與之相比，如果用火箭把這臺設備從地球發(fā)射到月球，恐怕得花幾天時間，而且花費相對也很大。

在由“福斯特伙伴”設計的理念中，原材料被3D打印成一種輕質(zhì)量可膨脹架構。而美國私人航天巨擘比齊洛公司建議采用小型獨立膨脹艙，該公司目前已開始與美國宇航局進行這方面合作。美國的第一座膨脹型月球基地有可能在2025年到位。俄羅斯的馬拉博特山“定居”計劃也由一家私營公司承頭，該公司認為建造月球基地的技術目前還不成熟，但有可能在5年后成熟。為了建造一個月球基地，將需要進行50次火箭發(fā)射，總費用高達近100億美元。這可能成為制約月球基地建造的一個重要因素。

說到建造月球基地的難點之一，那就是月球環(huán)境對地球人造成的一系列生理問題。人類早已習慣了在地球上的生活，而不是在距離地球40.2萬千米外的一堆光禿禿的巖石——月球上生活。我們還得測試改變的重力對我們的生理造成的影響。零重力會對人體造成非常嚴重的破壞，包括肌肉退化和骨架去礦物化等。月面重力只有地球上的1/6，在此情況下人類身體還能否保持健康？科學家對此并不清楚。

另一個重要挑戰(zhàn)是輻射。地球有大氣層和磁場。這兩者都像是巨大的安全毯，保護我們不受太陽粒子和基本上都來自于銀河系的宇宙射線的侵害。在月球上，由于缺乏這類天然防護，地球人就不得不想辦法讓自己避開這類危險。否則，這些輻射會穿透人的皮膚，影響人的DNA，從而造成輻射病、白內(nèi)障和急劇增高的癌癥風險。

在月球上，輻射盾牌的厚度需要達到幾米。為此，要把居住艙埋進由月球土壤制造的防護材料中。之所以保護盾的厚度要達到幾米，是因為這樣才能確保輻射在進入居住艙之前就被全部吸收。人類在月球上生活的其他必需材料是水、氧氣和食物。幸運的是，氧可以通過融化月球上部分區(qū)域存在的水冰和分解水得到。食物則很可能將通過溫室栽培新鮮蔬果提供。科學家相信，在地球之外栽培蔬果的重要性遠不止在于維持生命。例如，在地球南極，哪怕就像栽培番茄這么簡單的事，也被證明非常有助于保持人的理智。

這樣的心理學因素無疑很重要。第一座月球基地的居民數(shù)量很可能會很少。俄羅斯的計劃是開始為2人，然后提高到4人。在充壓、擁擠和外星環(huán)境（月球基地正是這樣一個環(huán)境）中工作，會對地球人的心智造成很大的考驗。我們可以從以往的實驗中得到經(jīng)驗，例如往返國際空間站之旅和“火星500”實驗。在“火星500”實驗中，數(shù)名志愿者被隔離、鎖閉，模擬火星飛船內(nèi)的生活場景。試想：火星之旅單程需時就達半年左右，這么長的時間里，飛船上就那么幾個人，在此期間不出問題（例如健康問題、心理問題和設備問題）幾乎不可能，那么，要是出現(xiàn)問題怎么辦？所以，在這類旅程實際展開之前，必須調(diào)研這類問題，并找到應對辦法。

想象你的月面生活第一天。歡迎來到克拉維斯基地！在基地進入艙卸下你的行囊，讓一位科幻作家向你作介紹吧。

想象你的月面生活第一天。歡迎來到克拉維斯基地！在基地進入艙卸下你的行囊，讓一位科幻作家向你作介紹吧。

月面生活第一天

現(xiàn)在我給你兩條建議。第一條是：當心頭頂！你是不是以為自己將進入豪華月宮？忘了這個吧。正如你在這里看到的，這里十分狹小，每個表面都因為放置的設備而顯得凌亂，只要有空間的地方都塞滿個人物品。每一立方米的起居空間都必須人工建造，始終保持充滿經(jīng)過處理的空氣，免遭輻射侵入。對，這里有點像國際空間站，只不過是建在月球表面的“空間站”。

我給你的第二條建議是：別擔心著火的氣味。那是月球塵埃在空氣中氧化。月球塵埃極其細小，不管我們怎樣防范它們，它們都會通過氣閘和過濾器進入基地。它們對管道和人的皮膚都有腐蝕性，還會進入皮膚上的微孔。你得習慣它們。

沒錯，你醒來后的大部分時間都很可能在這里度過：保健中心。整個基地實際上就是某種實驗設施。我們不知道人體會對月球的低重力作何反應，因此我們都是“實驗鼠”，我們要對這個問題給出數(shù)據(jù)。我希望你不害怕打針什么的。我看見了你肩上的紅色徽章。你真幸運！瞧，我的肩上是藍色徽章：我每天得在離心機上花幾個小時，被旋轉到地球引力水準。戴灰色徽章的人無需旋轉，因此他們的骨骼承受的只是月球引力。不過，你們這些戴紅色徽章的人要被輕微旋轉至地球引力的1/3水準，這正是火星引力水平。你或許會問：為什么要在月球上進行這樣的實驗？那是因為在地球上無法很好地進行這類實驗。

藍色門的背后是什么？別急，我稍后會告訴你?？催@里，這兒是基地的氣閘之一，還有一扇瞭望窗。外面的天空是黑色的，月球表面是褐色的。地平線上是機器人采礦機，它挖掘月球土壤以提取稀有同位素，它們?yōu)榈厍蛱峁┚圩內(nèi)剂?。那個有點像石油鉆塔的裝置，是平放在月面上的太陽能電池板：我們在月球基地所需的大多數(shù)能量，都將來自太陽。不管你在基地的職責是什么，你都會花大量時間待在那兒。工作非常單調(diào)，我想你很快就會有點不耐煩。我們得維護這些設備，它們還未聰明到自己控制自己的程度。在基地內(nèi)外，我們也有體育比賽和探險活動。我已經(jīng)報名參加明年的月球南極遠征。沒準兒你也會參加。

這里的風景看起來不怎么樣。畢竟這里是月球背面，白天天空中只有太陽。但到了晚上，月夜會讓你看見深空。第二名站上月球的人——美國宇航員巴茲·奧爾德林曾經(jīng)說過：“銀河系中一定充滿了像月球一樣的小小巖石世界，人類或許能學會在這樣的天體上生存，那么我們最終就能在宇宙中任何地方生存?！蹦菚r，無論我們到哪里，人們都會看見像月夜一樣的夜空。這是否讓你浮想聯(lián)翩？

對了。我們的基地里有水耕艙。我們會在這里花很多時間，種植蔬菜和水果等。盆栽是一種很受歡迎的愛好，但在月球基地中它成了一種生命支持手段。這里還有商店和宿舍?，F(xiàn)在，我們回到基地進入艙。雖然它的空間不大，但你很快就會習慣的。

或許，我們很快就會需要更大空間?，F(xiàn)在去醫(yī)療艙看看。聽，藍色門的背后是什么聲音？我的朋友，那是月球誕生40多億年來首次傳出的聲音，也是對地球人來說全新的聲音。我們無比自豪，因為它證明了我們在外星上的存在——沒錯，它就是新生兒的啼哭聲！

第四階段探索

建立月球基地的科學吸引力也很明顯。由“阿波羅號”宇航員送回地球的月球樣本，為科學家了解月球內(nèi)部機制提供了寶貴資源。但這樣的認識仍然有限，因為只有來自很少幾個月面地點、數(shù)量也很少的材料被送回地球。而讓一組人長時間生活在月球上，當然會大大促進我們對月球的了解。一個很好的對比是，在南極洲建立的永久性人類基地大大提高了我們對南極洲的探測效率。如果只是定期或不定期發(fā)射機器人探測器探索南極洲，則肯定不可能有這么好的效果。

更有趣的是，月面定居點有可能擴展地球人對太陽系以外很遠地方的了解。長期以來，月球一直被認為是架設太空望遠鏡望向宇宙深空的絕佳地點。把光學望遠鏡架設在月球上，能讓我們以前所未有的精度窺探銀河系中心。把射電望遠鏡架設在月球上，它就能避開日益增多的現(xiàn)代文明的背景噪聲影響。我們之所以要把望遠鏡架設在地球高山上，也是出于這個理由。

月面望遠鏡（圖中紅色箭頭所指）

因為月球上有許多未經(jīng)探索、利用的資源，所以為了節(jié)省成本，不論是歐美還是俄羅斯的第一個月球基地，都將很可能不是由政府主導，而是由私營企業(yè)和政府機構合作進行的。美國宇航局最近一項研究顯示，這樣的合作甚至可能使任務成本削減90%。

著眼于永久性的火星定居點，月球?qū)⒊蔀闇y試這方面新技術的絕佳場所。與火星相比，月球安全得多：一旦發(fā)生緊急問題，從月球返回地球最多只需幾天時間，與從火星返回地球所需時間——幾個月相比要短得多。當然，把緊急物資從地球發(fā)到月球也快得多。