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中国要建月球基地!那么 吃啥喝啥?
  • 林文杰
  • |
  • 2019年01月31日 15:21

本文专家:林文杰,科普作家,工程师,川陀智库高级研究员

2019年1月3日,嫦娥四号着陆器成功降落在月球背面的冯-卡门撞击坑,并释放玉兔二号月面巡视器对撞击坑内部环境展开探测。

2019年1月30日20时39分,嫦娥四号着陆器接受光照自主唤醒。此前,“玉兔二号”巡视器于29日20时许完成自主唤醒。两器在月球背面成功经受极低温环境考验,安全度过首个月夜,将按计划继续开展第二月昼工作。

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嫦娥四号着陆器和巡视器,图自:国家航天局

嫦娥四号任务圆满成功,但也引发了我们思考一个新的问题:未来的嫦娥探月工程会往什么方向发展?月球基地预计在何时开始建造?中国人第一次登上月球表面会是哪儿?

在嫦娥四号任务期间还发生了一个小插曲,美国宇航局希望获得嫦娥四号的精确降落位置,试图利用月球勘测轨道器对嫦娥四号着陆器扬起的月尘进行观测。

美国宇航局这么做当然是节约成本,顺手获得了冯-卡门撞击坑表面月壤的数据。从远期看,美国宇航局收集整个月球表面数据则是在评估哪儿作为月面基地的最佳建造地点。

月球基地该如何建造?

建造月球基地应该说在不远的将来一定会实现,保守估计最快会在2040年前出现。

月球基地的建造有两种途径,第一种是马斯克式的多舱连接模式,采用多个刚性舱在月面软着陆的方式部署,然后连接到一起形成一个月面生活区。

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马斯克式的多舱连接模式由多个着陆器连接形成,图自:space.com

该方法与组装国际空间站有点类似,在地面上制造完成,再通过运载火箭送到月球表面。随着运载火箭实现可重复使用,成本也不至于不可接受。

刚性舱在月面组装可快速组装出一个月球基地,可提供3至6名宇航员驻留,满足宇航员的生活和工作。

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马斯克式的多舱连接模式建造的基地,图自:space.com

第二种则是就地取材,与第一种自带干粮的方式不同,需要开采月面矿石、尘土作为原材料,然后通过一定的加工变成我们可利用建筑原料,再进行建造。

这种方式可大规模建造基地群,形成一个大型月面基地,可为更多宇航员、科研人员提供生活和工作的环境。

就地取材模式开局需要有月面挖掘机、类似搅拌机等的机械,才能利用月面矿石,对技术要求较大,一次性投入也不见得会低,只有大规模建造月球基地之时,成本效应才会得到体现。

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欧洲空间局提出3D打印制造月球基地的想象图,图自:space.com

欧洲空间局在2013年就提出了利用月球表面矿石作为月球基地建造的构想,借助3D打印技术在月球表面建造基地,相关技术的研发也取得了一些进展。

但是我们知道欧洲人做事比较佛系,目前他们连月面软着陆都还没有体验过,就谈月球基地如何建造,显然有点天马行空的味道。

美国宇航局在嫦娥四号任务期间提出对扬起的月尘进行轨道探测,也是着手建立冯-卡门撞击坑的矿物数据,丰富他们的数据库,为月球基地的选址提供依据。

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(左上)嫦娥四号降落相机的照片和LROC NAC影像的匹配;(左下)冯·卡门撞击坑位置;(右)嫦娥四号着陆区。图自:LROC/ASU,LROC WAC/NAC/haibaraemily

阿波罗计划登月期间,登月舱总质量为14.69吨,国际空间站每个功能舱也差不多十多吨的质量。

从技术上看,我们具备了在月面组装一个月球基地的基本条件,目前缺的就是像土星五号这样的大型火箭。

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阿波罗登月舱,图自:NASA

换句话说就是,技术不是问题,钱才是最大的问题,但是钱能解决的又都不是问题,关键在于竞争机制没有形成。

美国之所以能够在1960至1970年代投入240亿美元,相当于今天的1000多亿美元实施阿波罗计划,就是有苏联这个强大对手的刺激。

今天虽然没有了苏联,但有崛起的私人航天企业、突飞猛进的中国、不甘示弱的俄罗斯、总有一颗联合起来的心的欧洲、看谁都不舒服的美国、到处刷存在感的日本以及每天老想和中国比高低的印度。

这些国家、地区和企业都有一定的航天实力,未来数十年的月球将成为新的必争之地,而月球基地则是其中的关键一环。

如何定居月球?

月球基地建立之后,当然需要宇航员进行照料,与现在的国际空间站运行模式基本相似。除了维持月球基地运行之外,还要有科学家进行各种实验,这样月球基地的用途才会发挥出来。

那么有人,就要有吃喝拉撒等正常代谢过程,月球基地的食物供应、废弃物处置现在都已经解决,国际空间站上都有现成的技术和方法可以参考。

唯一不同的是,月球基地一旦规模增加,那么驻月的宇航员、科学家就多了,就不能总是自带干粮了,需要在月球表面实现自主自给。

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自主自给式基地想象图,图自:NASA

月球上已经发现了水分子、水冰物质,一些水冰位于撞击坑的永久阴影区。美国科罗拉多矿业学院还提出了一种加热开采月球水资源的方法:将太阳风反射到这些永久阴影区,将水冰转换为水蒸气再收集起来。

原理虽然简单,但是操作起来可能比较麻烦,近期应该无法实现。

除了生命必备的水外,驻月人类的食物也可以在月球上进行种植,不过要实现起来可能难度更大,因为国际空间站现在还是靠地面进行食物补给,水资源可以在一定程度上已经实现了循环。

毕竟建立一个生态系统非常困难,生物圈二号的失败就是一个案例,也提醒我们要保护好地球。

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国际空间站,图自:NASA

在未来20年内,比较有可能实现的月球基地应该是多个刚性舱连接的基地,规模不大,适合3至6名宇航员短期驻月,同时配备一个月球轨道空间站,用于人员转换和紧急救援。

水和食物当然是靠地面补给了,现在国际空间站的宇航员可以将自己的尿液、汗液进行循环再喝,这个技术也会用到月球基地上。

嫦娥四号给了我们新的启发

嫦娥四号的成功很有可能是中国探月、登月的转折点,中国未来月球基地可以建造在月球背面,如果载人登月也选择在月球背面,把国旗插在月球背面,那么意义又有了很大不同。

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嫦娥四号着陆器月午工作正常 地形地貌相机顺利完成360度环拍,图自:国家航天局

与美国人在月球正面登陆进行区分,潜台词可以是正面你探测过了,代表着20世纪,那背面探测就看我的了,代表着21世纪!

由此看来马斯克还是比较明智的,还没出道就选择了火星作为目的地,也许他早就看到了月球未来的格局。


文章出处:科普中国

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