建立月球基地

【專家解說】：　　月球基地，是指人類在月球上建立的生活與工作區(qū)域。 在月球上建立基地，主要有以下目的：更好地開展天文觀測等科學(xué)活動；在月球上建立空間發(fā)電站供地球使用；開發(fā)月球各種礦物資源；為人類向更遠的目標探索提供一個落腳點；為飛向更遠的行星的飛船提供建造材料甚至提供推進劑；為更遠的將來人類向月球移民打前站。向月球發(fā)射一艘宇宙飛船，代價已經(jīng)十分高昂，建造月球基地將花費更大的成本。因此，到目前為止，月球基地還處在一般性探討階段。 　　目錄 　　構(gòu)想 　　門德爾計劃 　　各國情況印度研究第一個月球基地 　　中國要在三年內(nèi)實現(xiàn)月球基地 　　美國未來月球基地4名宇航員可呆半年 　　最終目標：4名宇航員在月球停留半年 　　可利用核反應(yīng)堆供能 　　美國宇航局希望設(shè)計一種加壓月球車 　　居留地和月球車將穿上“太空服” 　　巨型六腿機器人可駝?wù)麄€宇航員居留地 　　未來探索仍有不確定性 　　即使沒水，月球基地照樣要建 　　就算有水，如何利用難題多多 　　未來月球基地可建成“窯洞”構(gòu)想 　　門德爾計劃 　　各國情況 印度研究第一個月球基地 　　中國要在三年內(nèi)實現(xiàn)月球基地 　　美國未來月球基地 4名宇航員可呆半年 　　最終目標：4名宇航員在月球停留半年 　　可利用核反應(yīng)堆供能 　　美國宇航局希望設(shè)計一種加壓月球車 　　居留地和月球車將穿上“太空服” 　　巨型六腿機器人可駝?wù)麄€宇航員居留地 　　未來探索仍有不確定性 　　即使沒水，月球基地照樣要建 　　就算有水，如何利用難題多多 　　未來月球基地可建成“窯洞” 　　展開 編輯本段構(gòu)想 　　建造月球基地與建造太空城市一樣，對于普通人來說是一件不可思議的神奇事兒。但這件神奇的事兒卻早已明確擺在了科學(xué)家面前，他們不僅對之進行了長期探索，而且正在準備進行具體實施。 美國是最先決定創(chuàng)建月球基地的國家。據(jù)報道美國已決定耗資1000億美元，建立臨時月球太空城。這 月球基地 　　一計劃將分階段進行。最初建立臨時基地，人數(shù)從十幾人逐步增加到幾十人，他們將在月球進行礦物開采和冶煉試驗，并為建造永久基地做準備。2007年建成中小型永久基地，人數(shù)增加到百余人，逐步形成從開采、冶煉到運輸?shù)恼咨a(chǎn)系統(tǒng)。最后是在月球上建成一個可以容納千人的月球城，各種類型的生產(chǎn)、生活、娛樂設(shè)施日趨完備，物資自給自足有余，還可以“出口”地球。 美國的這一月球基地藍圖，占地8000平方米，是一座圓形3層建筑物，直徑64米，每層高4.5米。屋頂由混凝土建造，再覆以月球土，厚0.7～2.5米。墻壁分內(nèi)外兩部分，外墻6層，厚1.4米，內(nèi)墻厚2.5米，內(nèi)外墻中間夾0.7米厚的月球土，主要用于防宇宙射線、太陽風(fēng)，以及隕石的撞擊。另外建筑物中間還有一個圓形防空洞，一旦建筑物受損，大氣外泄，人可以躲入其中避難。 與此同時，日本由未來工程學(xué)研究所牽頭，召集能代表日本水平的大學(xué)、研究所以及20多家企業(yè)的技術(shù)專家，成立了“月球基地與月球資源開發(fā)研究會”，也提出了一份月球基地的建設(shè)藍圖。這一藍圖計劃分為5個階段實施。第一階段從本世紀末到下世紀初，主要對月球進行調(diào)查探測，用機器人為基地選址，繪出月球資源分布圖。第二階段從2004年開始，建設(shè)可供6～8人居住的直徑為6米、長為11米的基地，人們可以不定期地在這里工作，時間為幾天到幾周。2010～2020年為第三階段，基地擴大到可供8～32人居住，建成可防止陽光強烈輻射的保護裝置，工作人員可在這里連續(xù)工作3～12個月。2020～2030年為第四階段，基地進一步擴大，工作人員增至64～125人，居住時間長達1～5年，逐步解決氧氣自給問題和農(nóng)場建設(shè)問題。2030年以后進入第五階段，基地做到完全自給自足，開始進行能源生產(chǎn)，月球和地球之間開辟定期航線，使月球基地成為人類在地球以外建立的第一個真正的太空居民點。 人類要在月球表面正常生活居住，首先離不開必不可少的淡水和氧氣，而月球上既沒有水又沒有空 月球基地 　　氣。這怎么辦呢？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)月球的沙土含有很多的氧，他們便提出了用月球沙土制造淡水和氧氣的設(shè)想。這一設(shè)想是先用鏟車自動挖掘月面的沙土，從中選出含氧的鐵礦物，然后用氫使含氧鐵礦物還原，便可制得淡水了。有了水，通電使水電解，得到的是氧氣和氫氣。氧氣經(jīng)液化貯存，隨時可向基地居民供應(yīng)。最初用作還原劑的氫可以從地球上運來，生產(chǎn)開始后電解水獲得的氫即可循環(huán)使用。據(jù)估計，190噸月球沙土含有15～16噸含氧鐵礦物，可制得1噸氧氣。而1年只需要生產(chǎn)1噸氧便可維持月球上10人生存的需要。 其次，人類要在月球自給自足系統(tǒng)中生活，還必須保證食物供應(yīng)。食物從哪里來呢？近幾年來，科學(xué)家在太空站上進行了大量的生物實驗，先后培育出了100多種“太空植物”，其中包括小麥、玉米、燕麥、大豆、西紅柿、蘿卜、卷心菜、甜菜等。而且證明在太空失重條件下，在月球土壤中植物種子發(fā)芽率更高，生長更快，開花或抽穗時間更早?？茖W(xué)家還對一些動物進行了試驗，證明失重狀態(tài)不會影響新生命的誕生。在太空站里，果蠅能像在地球上一樣交配、產(chǎn)卵、繁殖后代；蜜蜂會筑巢，蜂王照樣生兒育女。送上飛船的60只鵪鶉蛋，返回地面后仍能孵化出小鵪鶉。在飛船上擱置了59天的魚卵，回到地面全都順利地孵出了魚苗。哺乳動物也不例外，雌鼠、雄鼠放在籠子里送上太空，照樣合歡同居，雌鼠照樣受孕懷胎，回到地面后產(chǎn)下了第一代“太空鼠”。因此只要在月球上建立起月球農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)基地，月球上人的 月球基地 　　食物來源是有充分保障的。 第三是月球基地的能源供應(yīng)更不成問題。因為月球上無風(fēng)無雨，晴朗無陰，終日有陽光照射，而且沒有大氣吸收，太陽的輻射強度大約是地球上的1.5倍。因此，月球上完全可以利用太陽能來照明、供熱、采暖、發(fā)電。當然，必要時還可以在月球上建立核電站，以保證基地能源的充足供應(yīng)。 　　編輯本段門德爾計劃 　　90年代初，美國休斯敦航天中心負責(zé)人溫德爾·門德爾向白宮重提建設(shè)月球基地?？茖W(xué)家認為建立一 月球基地 　　個月球基地對支持在太空進一步大規(guī)模的開發(fā)是極重要的。在巴西的圣卡塔林島，美國科學(xué)家正在為開辟月球基地，進行類如“生物圈2號”的全封閉模擬實驗。門德爾計劃的第一階段從1997年開始，先發(fā)射人造衛(wèi)星，為基地選擇最佳地點作勘測。第二階段從2005年開始，為施工階段，將向月球運送起重挖掘等基建機械，并用微波對地基進行硬化處理。第三階段為構(gòu)件組裝，采用21根直徑6米，長18米的巨型管道，組成3個等邊六角形，六角形中用高壓充氣建立18米高的巨大圓艙，人員設(shè)備皆可容納在管道或圓艙中。第四階段開采利用月巖中氧、鋁、鐵、鈦、硅等資源，制取生活用氧，及擴建月球基地所需的金屬、玻璃等原材料?？茖W(xué)應(yīng)用國際公司根據(jù)門德爾計劃第四階段作了相應(yīng)的研究，其結(jié)果是令人樂觀的：一座重量為1噸的小型試驗型化工廠，在1年中可把10噸以上的月巖加工成氧、金屬和玻璃。 門德爾的整個計劃需耗資上千億美元，人類必須不間斷地努力100年才能完成。 　　編輯本段各國情況 　　印度研究第一個月球基地 　　印度空間研究組織發(fā)布消息說，印度正在研究在月球?qū)ふ乙粔K約15平方公里的土地，以建立該國第一個月球基地，為進行載人登月等空間活動作準備。 印度空間研究組織衛(wèi)星中心主任亞歷克斯2日對新聞界說，月球基地在坡度上應(yīng)該較為平坦，一端有抬高的地形，可以接觸陽光；基地還應(yīng)該有個坑，可以存放足夠的水；此外，基地還應(yīng)該有足夠的陰影區(qū)，供未來在月球生活的人員在天熱時“納涼”。 亞歷克斯說，印度空間研究組織計劃2013年發(fā)射“月船2號”探測器，這一無人探測器將在選定的月球著陸場所降落，并對科學(xué)家選定的月球基地進行考察。2020年，印度空間研究組織將開始建立月球基地，為印度首次載人登月作準備。 　　中國要在三年內(nèi)實現(xiàn)月球基地 　　據(jù)中國消息，中國要在太空中建立實驗室，爭取將來在月球上建基地，開掘月球礦藏。中國人邁向外 美國宇航局希望設(shè)計一種加壓月球車 　　太空的第一步-載人航天也要在三年內(nèi)實現(xiàn)。 據(jù)報道，中國科學(xué)家前日在"科技周"的報告中首次披露中國進軍外太空的藍圖。中國探月計劃首席科學(xué)家歐陽自遠院士介紹說，他們的遠期目標是在月球上建立基地，并開采礦藏為人類服務(wù)。 歐陽自遠說，理論上中國已完全具備了月球探測的能力。他透露："中國月球探測計劃的目標，是建立月球基地，開發(fā)、利用月球上各種豐富資源，而中國的第一次月球探測，將從發(fā)射月球資源探測衛(wèi)星開始。" 月球探測衛(wèi)星將繞近月軌道運行，對月球進行整體性與綜合性的探測，探明月球上蘊藏豐富的氦3、鐵、鈦、水冰等能源和資源，并查明月球表面的環(huán)境、地貌、地質(zhì)構(gòu)造與物理場。 歐陽自遠說，高效、清潔、安全、廉價的核聚變發(fā)電燃料氦3，在月球上蘊藏豐富，初步估算，月壤中的資源總量可達100至500萬噸，8噸氦3所發(fā)的電就可滿足中國一年的用電量，100噸氦3就能滿足全球一年的電力需求。因此，利用月球資源衛(wèi)星探明月球上氦3的儲量和分布，對中國未來能源戰(zhàn)略有著重要意義。 "神舟"三號副總設(shè)計師王壯說，中國宇航員飛入太空將在2005年前實現(xiàn)。他介紹，目前中國已有12名候選宇航員待命。中國已自行研制了返回艙、宇航服等設(shè)備。其中僅宇航服的造價就高達"千萬元量級"。 中國的太空計劃分三步：實現(xiàn)載人航天；建立空間實驗室；建立空間站，實現(xiàn)與國際空間站對接。作為更長遠的登陸外星球工程，專家們計劃先遙探月球環(huán)境，為將來建設(shè)月球基地選址。 　　編輯本段美國未來月球基地 　　4名宇航員可呆半年 　　北京時間2009年7月30日消息，英國《新科學(xué)家》雜志近日公布了美國宇航局未來重返月球計劃中，建造月球基地的部分設(shè)計方案。 2006年12月，美國宇航局對外公布了“重返月球”計劃，其核心目標是2024年在月球上建立永久基地，月球南極有望成為選址地點。建成后的月球基地上將有探測車和生活區(qū)，能夠?qū)崿F(xiàn)電力供應(yīng)，保證宇航員在月球上長駐180天。以下就是《新科學(xué)家》雜志公布的美國未來月球基地設(shè)計方案： 　　最終目標：4名宇航員在月球停留半年 　　美國宇航局已經(jīng)審查了十多個在月球上建設(shè)人類居留地的不同設(shè)計方案。每個設(shè)計方案的最終目標 巨型六腿機器人可駝?wù)麄€宇航員居留地 　　都是能在無需補給任務(wù)的情況下，讓4名宇航員在月球上停留180天。這個基地由堅硬的圓柱形登月艙構(gòu)成，每個都將放在月球登陸器的頂部，被送到月球表面。美國宇航局設(shè)想在把補給品送上月球，并實現(xiàn)每年執(zhí)行兩次載人任務(wù)后，于2030年之前建成一個功能齊全的宇航員居留地。但是月球居留地至少要在最初幾年依靠太陽能電池板。太陽能電池板收集的一部分能量會被儲存起來，以備陽光無法利用的時候為該基地提供能量。 　　可利用核反應(yīng)堆供能 　　在月球上的漫漫長夜，可利用核反應(yīng)堆供能，如果居留地不是位于極地，月球之夜最長可持續(xù)大約14天。這些反應(yīng)堆的功率為40千瓦，大約足以供30家普通美國家庭使用。反應(yīng)堆上方的黑色面板是散熱器，可用來疏散過剩的熱量。為了防止宇航員受到反應(yīng)堆傷害，這些東西都距離居留地有一段距離，而且周圍被成袋的月球土包圍。其他設(shè)計方案要求把核反應(yīng)堆埋在月球地下。 　　美國宇航局希望設(shè)計一種加壓月球車 　　為了探索月球表面，美國宇航局希望設(shè)計一種加壓月球車，它可當作移動月球居留地。宇航員利用它可在數(shù)周時間內(nèi)持續(xù)探索月球表面，期間無需返回大本營。如果供應(yīng)品補給站分布在道路沿線，這些月球車或許可以離開大本營數(shù)百公里。 　　居留地和月球車將穿上“太空服” 　　又粘又細的月球塵土可破壞保護層，它們可能是一大健康隱患。為了解決這個問題，美國宇航局正在考慮給居留地和月球車穿上“太空服”，這樣塵埃就無法進入居留地和月球車內(nèi)部了。這兩件“太空服”是用來裝備加壓月球車的。宇航員從這種服裝的后面進入室內(nèi)，然后利用月球車前去探索月面。 　　巨型六腿機器人可駝?wù)麄€宇航員居留地 　　月球車和推土機可能并不是唯一在月球表面移動的裝置。一種被稱作ATHLETE的巨型六腿機器人可以用背駝走整個宇航員居留地，它通過蹲伏姿勢，讓居留地的門靠近地面。 　　未來探索仍有不確定性 　　小布什總統(tǒng)宣布這項計劃后不久，美國宇航局確定實現(xiàn)重返月球這個目標的最好方法，是建設(shè)一個可以確保4名宇航員一次停留180天的居留地?，F(xiàn)任總統(tǒng)奧巴馬在2009年初支持一項重返月球計劃，由于他已經(jīng)下令擴大對美國宇航局的人類太空飛行計劃的審查范圍，這些計劃可能還會發(fā)生變動。這次審查預(yù)計將在8月底結(jié)束。 美國宇航局2010年的預(yù)算需求也會導(dǎo)致重返月球的時間表發(fā)生變動。德克薩斯州休斯頓美國宇航局約翰遜航天中心月表系統(tǒng)項目辦公室副主管馬修・倫納德(Matthew Leonard)說：“我們得到的人類重返月球計劃的預(yù)算開支無法維持到2020年?！北M管如此，該局仍在為實現(xiàn)這個目標而努力，打算在2021年把第一批宇航員送上月球，并通過把貨物送上月球，且每年實施兩次登月球任務(wù)，在月球上建立居留地。 　　編輯本段即使沒水，月球基地照樣要建 　　北京時間2009年10月9日19點33分，美國太空總署（NASA）用一支火箭和一顆小衛(wèi)星，對月球南極的一個永久陰影區(qū)進行了兩次連續(xù)撞擊，求證月球上是否存在水冰。但令大家失望的是，撞擊時并未如NASA所預(yù)期，傳回實時圖像。 雖然NASA表示，已經(jīng)收到相關(guān)數(shù)據(jù)，只是需要幾周時間處理，結(jié)果將于12月公布；但由于不曾“目擊”實時景象，從公眾到科學(xué)家，都對NASA提出了不少質(zhì)疑。為此，記者采訪了我國探月工程首席科學(xué)家、中科院院士歐陽自遠先生。 　　編輯本段就算有水，如何利用難題多多 　　月球上是否有水？歐陽自遠說，他非常希望月球上有水，甚至能有大量的水，但很可能事與愿違。 早在1999年，NASA科學(xué)家就曾指揮“月球勘探者”月球衛(wèi)星撞擊了月球南極附近的舒梅克環(huán)形山——也是為了尋找水，但沒找到。 從已知的數(shù)據(jù)來看，月球上永久陰影區(qū)月壤中水冰的含量極小，甚至不足1%，也就是說，一公斤月壤中可能只含有幾克水。永久陰影區(qū)內(nèi)，到底有多少水冰，現(xiàn)在還是未知數(shù)。即使水冰數(shù)量足夠多，如何把它們?nèi)〕黾右岳?，在工程技術(shù)上也是道超乎想象的難題——因為要從-240℃左右、幾公里深、伸手不見五指的深坑中，將水冰加熱轉(zhuǎn)化成水蒸汽，再收集利用。 “如何讓機器在-240℃這樣的極端黑暗、嚴寒中運轉(zhuǎn)，現(xiàn)在還無法辦到?！睔W陽自遠說，“更不要說，要將月壤挖掘并堆積起來。還有，用什么裝置加熱？這個過程需要消耗多少能量？能源如何解決？運輸問題又如何解決？”雖然月球上遍地都是氦3，但即使在地球上，熟練運用氦3獲取能量、實現(xiàn)可控核聚變發(fā)電，至少還要過50年，這以后才談得上在月球上用氦3獲取能量。所以，現(xiàn)在媒體上議論紛紛，稱“找到水就能建月球基地，可以解決宇航員和月球基地移民的飲用水和生活用水，還可以大量生產(chǎn)液氫和液氧等火箭燃料”等等，歐陽院士認為言之不確，“這只是炒作的說法，和實際情況并不相符。” “其實，無論在月球上是否找到水，人類都會上月球建立基地?！睔W陽院士說，早在上世紀90年代，美國就提出重返月球、建立月球基地，當時根本不知道月球是否存在水?！叭绻兴?，還能廉價取用，那當然好！”他說，“如果沒有水，就想別的辦法，月球沒水不會成為人類建立月球基地的障礙?！? 他特別提到了仍在工作的月球勘測軌道器LRO。其實，LCROSS只是隨LRO一起發(fā)射的一顆附屬的衛(wèi)星，而LRO肩負的使命更多：繞距離月面僅50公里的極低軌道，幫助美國宇航局勘測與繪制最精細的地形圖、鎖定載人登月的登陸點和建立月球基地的候選位置、尋找月球上的可利用資源、探測月球空間和表面的輻射環(huán)境以及示范新技術(shù)，等等。歐陽自遠說：“這些科學(xué)探測目標都緊緊圍繞載人登月和建立月球基地，這才是重頭戲！” 　　編輯本段未來月球基地可建成“窯洞” 　　在首屆世界月球會議上，中國科學(xué)院院士、繞月探測工程首席科學(xué)家歐陽自遠在接受記者采訪時回答了未來建設(shè)月球基地的相關(guān)問題。 歐陽自遠表示，月球基地一般應(yīng)在載人登月之后才能實施，而現(xiàn)在載人登月尚未明確列入國家計劃，月球基地仍處在概念性論證階段。他說，有人值守的月球基地，可以讓宇航員短期駐留，進行相關(guān)科學(xué)研究工作。他展望了未來的月球基地，風(fēng)趣地提出月球基地應(yīng)借鑒窯洞民居的建設(shè)經(jīng)驗。他說，月球上晝夜溫度變化很大，白天很熱，溫度高達100多攝氏度，夜里很冷，溫度又低至零下100多攝氏度。而且，月球上沒有空氣，太空輻射很強。 他說，如果未來在月球上的山體中建設(shè)一個很大的窯洞，一方面可以屏蔽太空輻射，另一方面可以提供更大的空間，在窯洞里創(chuàng)造出類似地球的大氣環(huán)境，實現(xiàn)宇航員的生命保障系統(tǒng)。