月球基地已不再遙遠

“嫦娥四號”探測器成功在月球背面著陸，實施科學探測，標志著中國探月工程實現(xiàn)重大突破。探月之后，就是駐月，建造月球基地已不再是遙不可及的夢想。中國、美國和日本都制定了具有特色的月球基地建造計劃。

3D打印月球建材

據(jù)美國《今日航天》報道，由于太空運輸成本很高，美國航空航天局（NASA）的研究人員計劃利用3D打印技術(shù)在月球上生產(chǎn)建筑材料。

3D制造技術(shù)的原理是建立計算機輔助設計模型，然后用3D打印機將結(jié)構(gòu)復雜的三維物體一層層地打印出來。在制造過程中，材料被激光加熱，能夠像蠟那樣被制成設定好的形狀。為檢驗這一方案的可行性，NASA的研究人員用5千克的月球巖石仿制品進行試驗，嘗試將硅、鋁、鈣、鐵、鎂等元素的氧化物組成的巖石熔化，再用作3D打印機的原料。美國的這項研究旨在為未來構(gòu)建月球基地打下基礎，以利用月球巖石直接打印出月球基地所需的建筑材料。

美國計劃讓未來登陸月球的宇航員實施一些工程項目，但他們除了進行挖掘，做不了別的事情，無法在月表建造建筑物，因為沒有建筑材料。為解決這一問題，NASA一方面試驗3D打印的可行性，另一方面還在開發(fā)新式凝結(jié)劑，這種凝結(jié)劑適用于月球的低溫無氧環(huán)境，可以將月球塵土凝結(jié)成硬塊。這種凝結(jié)劑如果研發(fā)成功，其意義大于開發(fā)可在月球使用的工程設備，因為它解決了月球基地沒有建材的問題。挖掘機挖出的月球塵土添加這種凝結(jié)劑后，會變成類似水泥的硬塊，可以作為月球基地的建筑材料。

除了開發(fā)月球建筑材料，美國還在同步推進月球建筑機械的開發(fā)工作。紐約“蜜蜂機器人”鉆掘系統(tǒng)公司提交的方案獲得NASA認可，該公司將負責為美國的月球基地計劃設計開發(fā)挖掘機。

“蜜蜂機器人”公司專家扎西尼稱：“普通的推土機和挖掘機都非常笨重，我們設計出一種完全不同的方案——用氣體進行挖掘?！痹摴驹O計的月球土壤挖掘方法，通過向土壤中注入氣體產(chǎn)生高壓環(huán)境，氣體在壓力作用下向上運行，強勁的沖力把土壤頂起。這種氣體挖掘機通過一根包在粗軟管中的細管將氣體注入地下。它就像一臺真空吸塵器，但工作原理是相反的——不是吸氣，而是吹氣，將土壤“吹”出。

月球飛船執(zhí)行任務時，必須多帶燃料，沒辦法攜帶過重的裝備。氣體挖掘機的重量不超過40千克，體積也很小巧，是理想的月球挖掘裝備。目前該方案面臨一個問題：在月球上如何獲得供機器運轉(zhuǎn)的氣體？宇航員呼出的二氧化碳氣體可以收集起來作為動力。燃燒飛船火箭助推器內(nèi)剩余的燃料也可以產(chǎn)生氣體。

NASA為月球挖掘機項目招標，所有研發(fā)費用由NASA承擔，同時提供獎金。許多美國工程設備公司向NASA提交了方案。最終，“蜜蜂機器人”公司的方案入了NASA專家的法眼。該公司與NASA簽署合同，研發(fā)幫助宇航員在月球上生活和居住的設備，其中包括氣體挖掘機。

就地取材

中國通過“嫦娥”探月工程，對月表成分進行了精確勘查，為未來月球基地選址提供了資料，遠期可以幫助中國航天專家研究如何“就地取材”建設月球基地。

“嫦娥”探測器發(fā)回了月球氦-3元素的分布數(shù)據(jù)。月表下埋藏著豐富的氦-3元素，它是利用原子熱核聚變反應制造清潔能源的重要原料。對于中國這樣一個能源消耗大國而言，這一科研成果意義重大。另外，積極探索月球氦-3元素的分布，將為建設永久性月球科研基地打下基礎。中國未來的月球基地將建立以氦-3元素為原料的能量站，為后續(xù)登月的航天器和其他裝備提供動力。

“嫦娥”探測出月球表面元素的類型和含量，確定月球土壤的結(jié)構(gòu)及礦物組成，其中包括一些最重要的元素及礦產(chǎn)：硅、鋁、鈦、錳、鐵。由于地月間運輸成本高昂，航天專家認為，未來的月球基地最好通過“就地取材”的方式來建設：月球巖石可精煉成重量輕且堅固的建材。硅是玻璃、陶瓷與半導體的基本材料，可用于制造光學和電子元件。金屬元素可用于生產(chǎn)合金，制造設備部件。

雖然這還是一個看似遙遠的計劃，但目前中國已經(jīng)掌握第一手科研資料。

中國通過實施“嫦娥計劃”取得了一項重要成果——精確分析出月球重力場的分布情況。中國對于探月衛(wèi)星及探測設備的實際操控能力比外界預期的要強，而且有能力尋找適合航天器登陸的月面位置，進而在月面建立永久性科研基地。

國際航天界一度認為，月球表面的重力場是均勻分布的。日本利用“月亮女神”號衛(wèi)星對月球進行觀測研究后發(fā)現(xiàn)，月球正面和背面的重力分布存在差異，同一區(qū)域的重力場也因地形及地下物質(zhì)密度的不同呈現(xiàn)差異。此后，研究月球重力場分布成為各國航天專家的重要課題，因為這對提高繞月衛(wèi)星軌道精度，及未來在月球表面建設基地都有參考價值。中國擁有這方面數(shù)據(jù)，對改進登月探測器和其他月球設備的動力系統(tǒng)，以及月球基地的選址和建設都將起到重要作用。

中國的無人探測器在月球上實施軟著陸，采集月球土壤標本帶回地球。科研人員可以根據(jù)月球重力場的數(shù)據(jù)改進其操控和動力系統(tǒng)，讓它更加適合在月球上使用，保證動作精確度，提高工作效率。

基于以上科研成果，現(xiàn)在談論中國的月球基地就如同談論其太空站一樣，已不再是一個令人感到遙遠的話題。

機器人擔當主力

據(jù)美國《探索》雜志報道，日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)計劃建成可供人員駐扎和活動的月球基地。該計劃包括：發(fā)射衛(wèi)星到月球軌道實施探測;發(fā)射無人飛船登月;在月球上建立無人設施，采集標本并進行研究;最后建立月球基地，并派宇航員負責基地的運作和設備操作。

日本《朝日新聞》稱，作為探月計劃的一部分，日本決定啟用大量機器人建設并管理月球基地。日本開發(fā)的各種機器人足以支撐起月球無人基地的運作。它們可以完成分析磁場、勘探資源及能源設施建設工作，為建立有人基地打好基礎。

目前日本開發(fā)出的一些工業(yè)機器人經(jīng)過改裝，能適應月球的環(huán)境，從而代替宇航員完成大量工作，比如操作望遠鏡進行觀測，勘探并開采月球礦藏等。

日本的月球機器人開發(fā)項目很寬泛，不僅包括傳統(tǒng)意義上的機器人，還包括其他智能化太空設備。例如本田集團正在開發(fā)可在月球上自主行駛的智能汽車;東芝公司正在開發(fā)可以在月球上裝卸設備的智能化機械手。日本曾耗資約1億美元，在國際空間站建立了一個足球場大小的浮動實驗室。東芝公司為該實驗室提供了大量零部件，其中最有代表性的就是具有高靈敏特性的大型機械手，其性能已經(jīng)得到國際空間站的認可。

日本探月工程的重要目標是在月球建立可供人員活動的基地。該基地按要求必須可供2—3名宇航員駐扎半年時間，因此其復雜程度高，建造難度大。日本為此制定了周密的計劃，包括在完成對月球的初步探測后，先建立一個無人基地。第一階段是向月球表面運送一批機器人;第二階段是利用這些機器人建造并管理月球基地。

日本月球和行星探索項目主管川口淳一朗稱，希望這些機器人能為日本遠期的“月球移民計劃”打下堅實基礎。它們可通過所攜帶的工具探測月球表面的地形、重力場和磁場強度以及月壤的成分。接下來，日本可以向月球輸送原材料，然后由機器人建造月球基地。

機器人建成月球無人基地后，并不意味著完成了任務。它們還必須管理該基地，并最大限度地了解月球。有些機器人在月球表面的活動半徑可達100公里。它們能對巖石進行采樣和分析，幫助載人登月飛船尋找合適的著陸點。

編輯：姚志剛 winter-yao@163.com