“人造月亮”可行嗎

沈羨云

地球只有一個天然衛(wèi)星—月球。人類對月球的探索一直沒有停止。美國的“阿波羅計(jì)劃”將12名航天員送上月球，美國、俄羅斯、歐盟、日本、中國、印度的月球探測器進(jìn)入月球軌道或到達(dá)月球表面，中國的“嫦娥四號”完成人類首次月球背面軟著陸，“玉兔二號”月球車也成功在月面行走。但是，月球太孤單了，要是有幾個“姐妹”陪伴就好了。最近，中國宣布將首次為月球送上4個“姐妹”—“人造月亮”。

“人造月亮”的構(gòu)想和試驗(yàn)

在現(xiàn)代生活中，由于科技的不斷發(fā)展，一些不可再生能源不斷被消耗，日漸枯竭，為了節(jié)約能源，中國才有了發(fā)射“人造月亮”這個計(jì)劃。其實(shí)，“人造月亮”的構(gòu)想最早源于一位法國藝術(shù)家的想法：“在地球上空掛一圈鏡子做成的項(xiàng)鏈，讓它們一年四季把陽光反射到巴黎的大街小巷?！边@個想法曾被歐洲航天局譏為“癡人說夢”和“荒唐至極”。

但是，俄羅斯卻決定將這一藝術(shù)構(gòu)想變?yōu)榭茖W(xué)構(gòu)想，實(shí)施了代號為“旗幟”的一系列計(jì)劃。1993年2月4日，俄羅斯在“和平號”空間站上進(jìn)行了一次代號為“旗幟2”的“人造月亮”的初步探測試驗(yàn)，這次試驗(yàn)獲得成功，在太空展開了人類第一個太陽帆?！捌鞄?”的陽光反射鏡裝在一個鏡包中，由8瓣厚度僅有5微米的超薄鍍鋁膜片組成，鏡瓣之間由32根線連接。鏡包打開，依靠自身放置產(chǎn)生的離心力舒展開來，成為一輪“人造月亮”。這個“人造月亮”直徑為20米，地面光斑直徑4千米。當(dāng)它運(yùn)行到西歐上空時，恰好是后半夜，它大方地向地面射去了第一縷光?？上в捎谠茖犹瘢藗兾茨茉敿?xì)地觀察到這一不同尋常的現(xiàn)象。但很多人都說曾看到一束光亮。試驗(yàn)結(jié)束后，反射裝置與“進(jìn)步號”飛船分離。

這次探索性的試驗(yàn)是成功的。居住在俄羅斯北方的居民在朦朧的夜色中看到了一個蔚為壯觀的景象：一個從來沒有見過的新奇的“月亮”緩緩劃過夜空，從約300千米的高空像探照燈那樣將一束暗淡的光束投向夜幕下的大地，在地面上形成一個直徑約4千米、亮度低、明顯可見、快速移動的光盤。幾小時后，在莫斯科時間中午時分，這個“月亮”又將暗淡的光盤投射到了距俄羅斯數(shù)千千米之外、仍處于茫茫夜色之中的加拿大土地上。在加拿大的晴朗夜空中，人們可以清晰地看到在天空中“飄揚(yáng)”的“旗幟2”，有人還拍下了照片。

1999年2月4日，俄羅斯“進(jìn)步M-40”貨運(yùn)飛船攜帶了一面反射鏡進(jìn)入太空，進(jìn)行代號為“旗幟2.5”的陽光反射試驗(yàn)。按照預(yù)先的設(shè)想，鏡瓣在離心力的作用下會迅速展開，形成一個直徑為25米的反射鏡面，每個鏡瓣都是由專門的鍍鋁箔片制成。在“和平號”空間站上的兩名太空人帕達(dá)爾卡和阿夫杰耶夫的操控下，像向日葵似地朝向太陽。這個直徑達(dá)25米的“人造月亮”的總重量不到4千克。幾乎所有“和平號”空間站經(jīng)過的國家如俄羅斯、法國、捷克和加拿大等都會陸續(xù)出現(xiàn)一束來自太空投下的陽光。光束的直徑在地面為5～7千米。夜色中，反射光的亮度10倍于月球，足以讓人讀書閱報(bào)。

但是，在飛船離開“和平號”空間站150～200米時，僅過了1分半鐘，“進(jìn)步號”的天線突然打開，巨大的反射箔片就絆在了天線上，反射鏡未能打開。“和平號”上的太空人用遙控系統(tǒng)啟動貨運(yùn)飛船的引擎，轉(zhuǎn)動天線，使箔片擺脫了天線的羈絆。但是，當(dāng)貨運(yùn)飛船再次旋轉(zhuǎn)時，又出現(xiàn)了相同的問題。俄羅斯航天局地面飛行控制中心分析后判斷，反射鏡發(fā)生了纏繞現(xiàn)象。經(jīng)歷兩次的修正失敗后，俄航天部門決定中止試驗(yàn)。1999年2月5日，“進(jìn)步M-40”貨運(yùn)飛船帶著未打開的反射鏡進(jìn)入地球大氣層燒毀，未燃盡的殘余物墜入太平洋南部水域，這次試驗(yàn)以失敗告終?！捌鞄?”是前兩個“旗幟”計(jì)劃的放大版，直徑為60～70米。但是該項(xiàng)目在“旗幟2.5”失敗后被廢棄。之后，由于種種原因，俄羅斯停止了“人造月亮”的計(jì)劃。

中國的“人造月亮”計(jì)劃

中國、俄羅斯、美國、日本、歐盟等都在開展空間能源應(yīng)用項(xiàng)目的技術(shù)攻關(guān)與驗(yàn)證。通過反射鏡來制造“人造月亮”“人造太陽”的這個設(shè)想大家都有。但是，誰能走在前面、早日實(shí)現(xiàn)空間能源利用，還需要腳踏實(shí)地地進(jìn)行科研攻關(guān)和商業(yè)應(yīng)用模式的探索。

2018年10月在全國大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新活動周期間，成都主會場舉辦了“創(chuàng)響中國” 專場活動。在這次活動中，展出了中國“人造月亮”項(xiàng)目。 這意味著這一項(xiàng)目在技術(shù)上已經(jīng)十分成熟，可以付諸實(shí)踐了。這個項(xiàng)目是由天府新區(qū)系統(tǒng)科學(xué)研究會為主導(dǎo)，北京理工大學(xué)、航天科工微電子系統(tǒng)研究院等多家學(xué)院與研究院共同參與論證的。這個項(xiàng)目提出2020年首顆“人造月亮”將完成從發(fā)射、入軌、展開到照明整體系統(tǒng)的演示驗(yàn)證并發(fā)射，2022年3顆“人造月亮”將發(fā)射升空，并進(jìn)行從展開到照明的整體系統(tǒng)演示驗(yàn)證試驗(yàn)。

所謂的“人造月亮”其實(shí)就是一顆衛(wèi)星，但是利用某些特殊的手段，讓這顆衛(wèi)星可以在天上持續(xù)發(fā)光，而且亮度比現(xiàn)在的月亮還要高出數(shù)倍。如果這個試驗(yàn)成功的話，那么我國四川成都將成為世界上首座沒有黑夜的城市，這將能大大節(jié)約能源消耗。據(jù)了解，“人造月亮”可以達(dá)到8倍月光的照明亮度，將這種裝置發(fā)射于地球上空，能讓一座城市的照明亮度達(dá)到夏季黃昏時的亮度。

不過，要想讓“人造月亮”保持固定的照射角度，那么必須將其發(fā)射到地球的同步軌道上。但是，這其中存在一個難題，那就是同步軌道距離地球較遠(yuǎn)，“人造月亮”照射到地球上的光照亮度會低于預(yù)期，所以，這個設(shè)想是行不通的。經(jīng)過反復(fù)討論之后，我國專家提出新的解決方法，那就是將“人造月亮”發(fā)射到近地軌道上，雖然在近地軌道上，“人造月亮”無法完成同步運(yùn)轉(zhuǎn)，但是卻能夠完整地將光線反射回地球上，因此，只需要將“人造月亮”的數(shù)量提升至3顆就可以了。只要將3顆“人造月亮”按照相等距離發(fā)射到地球的近地軌道上，就能讓其在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中保持足夠的光線照射，從而達(dá)到一座城市永無黑夜的效果。

“人造月亮”由位于地球軌道500千米處的3面鏡子組成，它們以7.62千米每秒的速度飛馳在地球軌道，每天可以24小時固定照明成都地區(qū)3500～6400平方千米的地表面積，亮度將達(dá)到月亮的 8倍，每年可節(jié)約12億元的電費(fèi)。

其實(shí)“人造月亮”的原理并不復(fù)雜，難就難在它是一顆大型的人造照明衛(wèi)星，本質(zhì)上是航天器，所以關(guān)鍵的難點(diǎn)還是在航天技術(shù)方面。“人造月亮”將在距離地表500千米以內(nèi)的近地軌道運(yùn)行，首先需要用火箭將它們發(fā)射上去，到了太空之后，進(jìn)入軌道，打開，完成一系列的操作。別小看這些操作，這些操作涉及了目前最頂尖的航天技術(shù)，比如對航天器的軌道、姿態(tài)的精準(zhǔn)控制等，這些都是難度很高的。而且太空環(huán)境十分復(fù)雜，制造材料也需要經(jīng)得起考驗(yàn)。

質(zhì)疑和支持

我國計(jì)劃發(fā)射“人造月亮”的新聞公布后，在世界范圍內(nèi)引起轟動。贊揚(yáng)的有之，自豪的有之，質(zhì)疑的有之。

質(zhì)疑依據(jù)

提出這類看法的人總的依據(jù)是：人類能夠利用主觀能動性對客觀世界進(jìn)行改造，但是無法對客觀規(guī)律進(jìn)行改造。如果強(qiáng)行在地球的上空打造一面特大的反射鏡，讓原本沒有太陽光的地方也充滿了光明，這其實(shí)是在違背自然規(guī)律。具體表現(xiàn)在以下幾方面。

1.打亂了人和動物的生物節(jié)律

自古以來，人類仰望星空，發(fā)現(xiàn)并積累了許多重要的科學(xué)知識。若城鄉(xiāng)的夜間照明導(dǎo)致夜空亮若白晝，光污染將迅速蔓延。這不僅使花前月下的浪漫沒了，還打亂了千百年來形成的動物和人的生物節(jié)律，其危害是無法彌補(bǔ)的。

幾十億年來，地球上的所有生命都依賴于日夜交替的規(guī)律變化，包括人類在內(nèi)的許多物種都需要在黑暗環(huán)境下休養(yǎng)生息，這一特性存在于人和所有動植物的基因序列中。然而，人為照明使得夜晚被照亮，日益嚴(yán)重的光污染嚴(yán)重干擾了夜間環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)。光污染對人類健康有很大的影響。人類在進(jìn)化的過程中已經(jīng)習(xí)慣了白天和黑夜的更替，而人造光的增加意味著我們不再經(jīng)歷完全黑暗的環(huán)境。研究表明，人造光會對人類的健康造成許多負(fù)面影響，可增加患肥胖癥、抑郁、睡眠紊亂、糖尿病等疾病的概率。對動植物來說也不是一件好事。很多野生動物依賴于每天光明與黑暗循環(huán)的節(jié)奏，來支配自身的生命行為，例如繁殖、進(jìn)食、睡眠以及躲避捕食者，甚至遷徙。對其他野生物種的研究顯示，不僅僅在市中心，農(nóng)村地區(qū)的光污染同樣可以改變它們的生活習(xí)性、覓食地以及生育周期。昆蟲和鳥類是光污染的最大受害者，它們中有部分物種因?yàn)楣馕廴镜挠绊?，?shù)量已經(jīng)大幅度減少，尤其是一些晝伏夜出的動物，如蝙蝠，會影響到它們夜出捕食的習(xí)性。原來白天它們在洞中睡覺，晚上外出捕食?，F(xiàn)在人造月亮一照，黑夜變成白晝，蝙蝠的生物鐘可能永遠(yuǎn)停止在白天的刻度上，將造成它們的死亡。又如，夜間遷徙或捕食的鳥類通過月光或者星光來導(dǎo)航。人工光源會導(dǎo)致它們偏離航線，向著危險(xiǎn)的城市夜空飛行。候鳥依賴四季合理更替的時空信息，人工光源會導(dǎo)致它們遷徙過早或者過晚，錯過了筑巢、捕食和其他活動的最佳環(huán)境條件。因此，這項(xiàng)光明工程再偉大，帶給地球的不是福音，而是災(zāi)難。

2.？影響天文觀察

人造月亮帶來光污染，會影響天文觀測。很多天文上的觀測需要在漆黑的夜空中才能更好進(jìn)行。如今，因?yàn)楣馕廴?，許多天文臺已經(jīng)受到干擾甚至不能再使用，人類數(shù)千年來仰望、觀測的星空資源及其文化正在消失。

3.造成巨大災(zāi)害

英國網(wǎng)站曾發(fā)布的一篇文章中提到，“人造月亮”一旦升空，若是與月球進(jìn)入同一軌道，將會直接引發(fā)火山噴發(fā)，甚至?xí)霈F(xiàn)更多的火山。除此之外，“人造月亮”也會對海洋運(yùn)動產(chǎn)生影響，如潮汐運(yùn)動效果將可能極度被放大，使得紐約等沿海城市遭遇洪水災(zāi)害。

支持理由

1.節(jié)約能源

我國作為世界人口大國，每年耗費(fèi)大量不可再生能源。因此，這項(xiàng)計(jì)劃一旦成功，其亮度將達(dá)到月亮的8倍，相當(dāng)于黃昏時的光照度，完全可以在夜晚起到照明作用，極大地節(jié)省了能源。白天，人造月亮儲存光源，到了夜晚，它就開始辛勤地工作，它的巨大能量將會代替地球上的其他照明設(shè)施。比如，人造月亮為一個面積為50平方千米的區(qū)域提供照明，那個地區(qū)一年節(jié)省的用電成本可能會達(dá)到12億元。如果這種技術(shù)被廣泛運(yùn)用，可以節(jié)約的能源將無法想象。人類就好比在太空中安裝了一臺免費(fèi)的能源供應(yīng)機(jī)器，將太陽能發(fā)揮到了極致。而作為首個測試地點(diǎn)的成都，也將成為世界上第一個擁有永久光明的城市。

2.不用擔(dān)心會造成光污染？？

“人造月亮”的設(shè)計(jì)亮度是自然月光的8倍，但多少會因?yàn)榇髿膺\(yùn)動等多方面的影響，使得照明效果有所衰減，在照明區(qū)域的實(shí)際光照效果大概相當(dāng)于夏天黃昏時的光照。直觀一點(diǎn)的感受就是照明的效果相當(dāng)于普通路燈照明效果的20%。

如果太空中出現(xiàn)了兩個或者3個月亮，會不會影響地球原本的晝夜交替，甚至影響到人體內(nèi)的生物鐘？研究人員表示，大家不必有這樣的擔(dān)心。因?yàn)樵O(shè)計(jì)師已經(jīng)考慮到了這一點(diǎn)，“人造月亮”上包含了可調(diào)控的操作，可以實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)與精準(zhǔn)照明，選擇需要的光亮傳輸?shù)降厍蛏?，避免過度光照帶來的負(fù)面效果，并不會對地球原本的自然規(guī)律和人類的生活造成不良影響。在“人造月亮”運(yùn)轉(zhuǎn)期間，人們仰望夜空，只會看見一顆格外明亮的星星，而不是大家想象中的一輪明月。

3.？更多的用途

“人造月亮”是人類一次大膽的設(shè)想，它可能會在未來給人類提供一個新的照明途徑，節(jié)省電費(fèi)并不是它的主要作用。試想一下，在受到自然災(zāi)害侵襲的災(zāi)區(qū)，由于停電，肯定會給救援保障工作帶來很大阻礙，如果此時天空中有另外的光源，將在很大程度上幫助救援保障工作的進(jìn)行，并且舒緩民眾在黑暗中的不安感。同時，這一系統(tǒng)可以解決俄羅斯等國高緯度地區(qū)的照明問題。這些地區(qū)每年總有長夜難明的極夜時期，渴望光明的人們深受其苦。目前，人們也在設(shè)想，能不能在月球軌道上放置陽光反射鏡，讓月球探測器能夠少受長月夜帶來的影響。美國人的想法更科幻：把陽光反射鏡部署在火星軌道上，用來為火星營造類似地球的環(huán)境，或者用巨大的反射鏡遮擋陽光，給越來越熱的地球降溫。所以，“人造月亮”技術(shù)仍可在太空探索的其他領(lǐng)域發(fā)揮作用。

4.不會給地球帶來災(zāi)難

我國研發(fā)的“人造月亮”裝置不過是在地球上方500千米地球近地軌道上運(yùn)行的一顆帶有大型反射鏡面的空間照明衛(wèi)星，這種衛(wèi)星的重量并不大，現(xiàn)在在這個軌道上運(yùn)行的國際空間站和“天宮二號”比“人造月亮”大得多，都不會對地球產(chǎn)生多大影響，人類發(fā)射了上千顆人造衛(wèi)星在地球的軌道上，也沒見到地球出現(xiàn)什么問題，一顆小小的“人造月亮”怎么能有這樣大的影響呢？這真是杞人憂天！

筆者認(rèn)為關(guān)于是否要發(fā)射“人造月亮”的問題，正反兩方面的意見都值得考慮。眾所周知，科技是一把雙刃劍，如果利用得好就能夠讓問題迎刃而解，如果利用得不好反而會傷到自己。如果強(qiáng)行在地球的上空打造一面特大的反射鏡，讓原本沒有太陽光的地方都充滿了光明，這其實(shí)是在違背自然規(guī)律。再者，很多天文觀測需要在漆黑的夜空中才能更好進(jìn)行。那么，“人造月亮”這個概念對人類來說是利還是弊呢？要辯證看待。在理論上，確實(shí)存在將“人造月亮”研發(fā)成功的可能性，現(xiàn)實(shí)中也有必要研發(fā)出“人造月亮”為更多地區(qū)帶去照明，從而節(jié)省電能的消耗。與此同時，還需要考慮“人造月亮”的性價比、安全性等問題，在盡量不干擾人類、自然界生物正常存在的情況下運(yùn)行才符合人類的要求。