□張祥根

?

『月宮』之夢

□張祥根

仰望夜空，人類一直夢想著登上月球，優(yōu)美的神話故事“嫦娥奔月”就寄托著我們祖先對登月的憧憬。進入21世紀，世界航天大國紛紛掀起新一輪探月高潮。2004年，中國探月工程經過10年的醞釀，最終確定中國的探月工程分為“繞”“落”“回”3個階段。從2007年起我國先后發(fā)射了“嫦娥一號”與“嫦娥二號”探月衛(wèi)星，對月球表面環(huán)境、地貌、地形、地質構造與物理場進行探測。

2013年12月15日，“嫦娥三號”著陸器、巡視器順利完成互拍成像，標志我國探月工程二期取得圓滿成功，為下一步載人登月探測、建立月球前哨站的選址提供數據資料。除了中國，美國、俄羅斯、歐洲空間局、日本、印度等也相繼提出新的探月計劃，目標是使人類重返月球，建立類似中國神話中的廣寒宮那樣的月球基地，實現人類在月球長期居住的偉大夢想。如果要實現這一偉大夢想，我們需要解決哪些問題呢?

1.如何保障人類生存所需的氧氣、水和食物

在月球上長期居住首要的問題是月球上缺乏人們生存必需的資源。月球上沒有氧氣，那么是否可以利用月球上的土壤、巖石制造氧氣呢?這聽起來有些不可思議，但從理論上講是可行的。月巖主要是由硅氧化合物和其他礦物構成，理論上是可用于提取氧原子并制造氧氣的。目前，美國科學家已經用特殊的方法讓含氧的土壤或巖石分解，成功釋放出氧氣。

2009年，科學家在月球發(fā)現了有水的確切證據。月球兩極可能存有1100萬至3.3億噸的水冰，可以滿足人類在月球上的生存需要。如果把水分解成氧和氫，還可以為火箭提供燃料。

大量太空實驗證明，小麥、大麥、玉米、西紅柿等作物完全可以在太空環(huán)境中生長，俄羅斯在“和平”號空間站上成功地孵化出了鵪鶉，我國成功完成了第三代受控生態(tài)生保系統集成試驗……這些都為未來建立月球基地，實現生命保障自給自足邁出了第一步。

2.怎樣解決能源供應與交通問題

人類遷移到別的星體，必須有大量的、不間斷的能源供應。目前，我們已知的太空能源主要有兩個來源：核能和太陽能。將月球建設成一個能源基地，不但能為人類的月球基地提供動力，還可以為地球人謀福利。

科學家發(fā)現，在月球表層浮土混合物存在大量的氦-3。如果在月球上建造一個大型核電站，發(fā)出的巨大電力除供月球基地使用外，還可通過激光或微波輸送到位于近地軌道上的能量中繼衛(wèi)星，再傳送給地球接收站，讓全世界都可以共享。遺憾的是，至今人類還沒有掌握把氦-3轉變成能量的方法。

使用太陽能相對簡單，建設月球太陽能基地是可行的方案?？茖W家設想，月球太陽能基地可成對地建造在月球的正面和反面，位于月球赤道附近。每個基地建設成千上萬個大型光電池陣，由光電池陣把太陽能轉換成電能。

月面交通可采用太陽能月球車，它是人類近距離交通和貨物裝卸的主要工具。地下各居住區(qū)的聯系，首選地下軌道交通，既可保持適當恒定溫度，又可防止太陽粒子輻射和月球土壤粒子的污染。

3.月球基地應該建在哪里

美國國家航空航天局重返月球計劃的核心目標是在月球上建立永久基地，最終的月球永久基地將可以保障航天員在月球上連續(xù)居住180天。然而，月球有一些使人類難以在它上面生活工作的環(huán)境特征，包括真空，極端冷熱，輻射和資源難以利用等。

不過，月球也有一些“與人為善”的優(yōu)點：月球上有近半的地區(qū)總“對著”地球，而且位置和距離基本不變，為通信提供極大的便利；月球整個表面都沒有水，植被或灰暗大氣的遮擋，一目了然；與地球上情況不同，物體不會生銹、不會腐爛、不會燃燒、人類不用擔心風霜雪雨和蚊叮蟲咬；月球上沒有風，有我們在地球上體會不到的恒久性，把一個物體放到月面上，它將靜靜地躺在那里，既不會慢慢飄走，也不會掉轉方向。

建立月球基地的地點可選在月球南極和北極。南極可能更適宜建基地，那里氣溫較合適、日照時間較長（占全天3/4），為利用太陽能發(fā)電提供了有利條件。另外，南極附近有可能找到人類生存所需的冰、氫氣和其他礦產資源。

4.怎樣建設月球居住艙

關于居住艙的建筑材料，有人已提出利用月球土壤和巖石制造玻璃、鋼鐵、鋁等建筑材料?？茖W家提出了一個采礦方案，先把自動化機械設備送上月球，其中包括一臺小型電磁采礦設備、一臺提煉硅的設備、一臺把硅制造成太陽能電池的設備和一臺能生產更多上述自動化設備的“母機”。這樣可以利用月球上的資源制造出第二代、第三代機械，擴大再生產。

在月球上，對人類生存構成威脅的主要是恒星輻射、真空、沙塵環(huán)境等。建造月球居住艙時，可采用兩種方法來抵擋太陽輻射：一是房屋建造得足夠高大、厚實；二是深入到月球內部幾米處建造。居住艙上部建成半球形充氣式風動結構，保證它的氣密性，能承受紫外線，表面鍍上鋁和鈦層，居住艙下部深埋入地下，保持溫度恒定，保證航天員安全。把居住艙建在溶洞內是一種比較有效的措施和辦法。

近年來，人們對人類重返月球的呼聲越來越高，甚至做好了長期駐留月球的準備。如果這樣，今后的月球之行將需要更多的后勤保障，如需要有近地軌道上的空間站、軌道轉移飛行器和登月器等的支援。更有人夢想把月球建設成為地球的“第八大洲”，未來月球城市將有望出現在世人面前。

5.月球基地究竟什么樣

世界各國的科學家對月球基地提出了不同方案，但是這些方案也有一些共同點：月球城建在一個密閉空間里，里面的環(huán)境與地球的自然環(huán)境類似，月球城的外罩十分堅固，足以抵御流星、隕石等襲擊；為保持城內的溫度適宜，外罩具有吸收和反射部分陽光的能力。

初級月球基地由6個居住艙組成，可容納6名航天員。單個居住艙呈大圓筒形，長10米，直徑4.5米，兩個居住艙前后相接，形成一組，共組成3個組，排成一排，借助居住艙下部的支架安放在月面上。居住艙的頂部用一層厚厚的月球土壤覆蓋，阻止宇宙射線的照射。這3組居住艙中一組作為航天員生活起居用，一組作為月球實驗室，還有一組作為后勤保障。后期將覆蓋層和頂篷改用混凝土制作，將大圓筒式的金屬居住艙改成充氣式結構，居住艙大小和形狀取決于混凝土結構下面所留的空間。

高級月球基地可容納12名航天員，包括飛船的著陸和起飛設備、太陽能發(fā)電站、月球開礦設備、居住艙和實驗室、核電站和月球天文臺。居住艙和實驗室是一種由5層結構組成的復合體，第一層在月面上，其余4層在月面下。第一層為出艙活動設備層，由兩部分組成，里面包括氣閘艙以及月球服的維修、保養(yǎng)和儲存設備。這層頂部覆蓋有防輻射月球土壤。第二層是一個豎井狀通道，上連接第一層，下連接第三層，豎井中安裝有電梯，供人員進出各層使用。第三、第四層安裝在月球溶洞內，兩層緊連在一起，是人員居住艙和實驗室。這兩層開始是充氣式結構，最終可成為永久性結構。第五層是最底層，主要用于安裝基地的環(huán)控生保系統和其他設備。

人類對月球的開發(fā)和利用需要分步驟完成，先建立臨時性的初級基地，再逐步建設永久性的高級基地，最后建成月球移民區(qū)。一些建設者將長期在月球上生活和工作，他們當中有少數人可能就在月球上安家落戶。

不管人類對月球的未來有何種期待，何種夢想，都需要用行動去付諸實施。讓我們期待著，有那么一天，月球能夠成為我們人類的另一個家園。

（摘自《科學畫報》2014年第1期）