未来月球基地或在月北极

来源:互联网新闻 时间:2020-04-30 10:47

半地下式月球基地设想图。

宇航员在月球上进行科研活动设想图。

新闻背景

本月2日,我国用长征3号乙改进型运载火箭成功发射了嫦娥3号落月探测器,它将首次实现我国对地球以外天体的软着陆及巡视勘察任务,掀起新的一股“探月热”。

人类的探月可分探月、登月和驻月三大步。人类已经成功实现了载人登月,那么,要实现人类长久驻月——打造月球基地的目标,还需要克服什么样的问题和障碍?这样的目标又有什么样的意义?

对于人类探月的“探、登、驻”三大步,目前美国已走完了前两步,前苏联/俄罗斯走完了第一步,而欧洲、日本、中国和印度等还都处在第一阶段,以探月为主攻方向,并按照绕月、落月、返回三小步分步实施。但这些国家的最终目标还是在月球建立永久性驻人的月球基地。

有水、有阳光、便于着陆

月球基地选址要综合考虑利弊

月球虽然很大,但不是什么地方都可以建立基地的。所以首先要通过发射多个绕月探测器对月球进行全面了解,为月球基地初步选址;然后用月球机器人对所选地址进行实地详细考察。这些月球机器人不仅要在航天员登上月球之前打前站,而且在航天员离开返回地球后,还可留守月球自主工作。

虽然以往曾进行过大量的月球探测,掌握了不少有关月球的资料,但要建设月球基地仅靠这些资料仍然不够。例如,对月球的两极地区,特别是月球的背面,人类就了解得不多。水是基地选址的重要条件,但根据目前的了解,只有在月球两极终年不见阳光的地方存在丰富的水冰。

2009年6月18日,美国用宇宙神5号火箭一举发射“月球勘测轨道器”和“月球坑观测与感知卫星”两个月球探测器,其中“月球勘测轨道器”运行在距月球表面约50千米的圆形月球极地轨道,分辨率优于1米,用于为建造月球基地选址;“月球坑观测与感知卫星”通过撞击月球南极卡比厄斯月球坑,发现月球上存在水,而且不是一星半点。美国还在2011年发射了“月球重力恢复和内部实验室”,2013 年发射了“月球大气和尘埃环境探测器”,对月球进一步勘探。

根据月球基地的不同用途,其选址的标准和要求也不同。如果在月球建立能源基地,应根据月球能源的分布情况来选择;如果在月球建立科研基地,可在月球的背面选址,那里不仅没有大气层、任何震动、磁场,而且没有地球无线电波的干扰,很适合进行天文观测或其他科研,再有,月球的1天相当于地球的约28天,所以可以长时间连续观测或开展其他科学研究。但这会带来与地球上飞行控制中心的通信联系方面的困难,要依靠月球中继卫星传输数据,因此需要权衡利弊、综合考虑。

简言之,月球基地选址有两个基本要求:充足的阳光和储存着丰富的水冰。从目前来看,在月球两极建基地比较好,因为那里地势比较平坦,有利于登月球飞船的起飞和着陆;月球南北两极有一些区域接近于在太阳的永久照射之下,而在太阳照不到的地方又有水冰存在。

由于月海多集中在月球北极,在月球南极月海不多,因此把月球基地建在月球北极的可能性很大。也有人主张比较高级的月球基地应建在月球的熔洞内,因为在月球熔洞内不仅保温性能好,而且还可以有效防护航天员不受宇宙辐射和微陨石雨的伤害,但这种熔洞一般是在环形山的山脚下,这就跟选择飞船着陆地点形成一对矛盾,也需要综合考量。

氧气、水、食物自给自足

中高级月球基地要学“南泥湾”

与其他载人航天器一样, 月球基地包括两个最基本、也是最重要的设施,那就是可供航天员生活和工作的加压居住舱和生命保障系统。在月球基地的不同发展阶段可以建不同的居住舱。初级基地的居住舱可用移动式居住舱,也能直接使用登月飞船上的月球着陆器。后者设备简陋,可供航天员在里面临时生活和工作30天;前者可用于初级基地和中级月球基地。高级基地一般采用由金属结构或钢筋混凝土结构制作成的固定式居住舱,其中前者为类似于空间站的圆筒形舱段,但为了防止宇宙辐射对基地乘员的伤害,这两种固定式居住舱都必须埋在地下或是建成半地下。

月球基地上所使用的生命保障系统也随基地不同而不同。初级基地的生命保障系统是非再生式的,即其上的氧气、水和食物要依靠来自地球的补充供应。中高级月球基地上的生命保障系统是再生式的,即其上的氧气、水或食物都要靠密闭循环处理和绿色植物的光合作用来就地解决。

除了加压居住舱和生命保障系统外,供电系统、出舱活动系统和月球漫游车也是月球基地上必不可少的重要设施。

有科学家建议,载人月球基地应分三个阶段进行建设:第一阶段是准备阶段,即为月球基地选址和完成月球基地建设的前期准备工作。第二阶段是初级基地建设阶段,即将航天员和基地的建造设备送上月球,然后将设备组装起来。由于第一个月球基地有繁重的月球考察任务,因此有关的科学仪器、实验室、发电设备、通信设备、漫游车、小型挖土机和勘探设备也应该准备好和组装好,所有东西都应该处于“待命状态”。第三阶段是发展阶段,即从初级月球基地发展为中高级月球基地的阶段。在此阶段,基地成员将从6人扩大到12人,并能在基地停留3个月到半年。在此阶段,基地的居住舱也将从2至3个发展为5至7个。

延伸阅读

建月球基地有什么用?

优质的科研平台

月球是研究地球的宝地。由于月球几乎没有大气和地质活动,岩石受到的损坏不大,在那里研究月球岩石相当于从研究地球39亿~40亿年前的标本入手,所以月球是研究地球起源与演化的最佳“标本”。

月球没有大气层,没有全球性的磁场,内部能量已近于衰竭(月震释放的能量仅相当于地震的1亿分之一),月球背面不受地球无线电波干扰,表面还具有高洁净和弱重力的特征。这些特征对天文观测来讲无与伦比,所以很多天文学家都向往能在月球上建起大型月基天文台。这次嫦娥3号在世界上首次使用的月基光学望远镜实际上就是一个无人月球天文台。

丰富的能源宝库

月球还有可能在将来成为人类的能源基地。通过实施阿波罗登月工程发现,在月球表面含有大量的氦3,大概有100万吨至500万吨,而这种在地球上很难得到的物质是清洁、安全和高效的核聚变发电燃料,可提供便宜、无毒和无放射性的能源,被科学界称作“完美能源”,所以月球已被誉为21世纪的“波斯湾”。这次嫦娥3号在世界上首次使用的测月雷达将能探测30米厚的月壤结构,从而能进一步了解氦3多少与分布。为了降低成本,不少国家设想直接在月球上建造核电站,电站发出的巨大电力除供月球基地使用外,还将通过激光或微波输送到位于近地轨道上的能量中继卫星,再由中继卫星以激光或微波形式传送给地球。

也有人提出在月球上建太阳能基地。因为月球表面几乎没有大气,太阳辐射可以长驱直入。另外,月球很容易满足用目前光电技术进行太阳能发电需要占用大片光照充足土地的要求。这也需要解决无线输电的难题。

另外,月球上还蕴藏有丰富的钛、铁、铀、钍、稀土、镁、磷、硅、钠、钾、镍、铬、锰等矿产,其中有5种是地球上没有的。月壤中丰富的铝、铁、硅可用来直接生产建材造房屋。嫦娥3号上的红外谱仪和X射线谱仪可进一步调查月表物质成分和可利用资源。

理想的中转基地

有人将月球比喻为地球的第八大洲,月球上拥有相当于亚洲那样大的广阔月面,还有很多其他用途,例如:利用月球比地球稳定得多,并拥有弱重力、高洁净的特殊自然条件和自然环境,能制备一些昂贵生物制品与特殊材料等。

月球可作为理想的星际飞行中转站。人类要远航到其他行星,甚至飞往更遥远的太阳系之外的星系,需要配备足够的燃料、水和食物。如果在月球上建立起工业基地和开办农场,这一切就都可以由月球基地提供。月球的引力只有地球的1/6,所以逃逸速度要比地球小得多,每秒只有2.4千米,飞船携带有效载荷脱离月球飞向太空,要比携带同样重的有效载荷离开地球容易得多。

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