劉汝

Space

歐洲空間局不久前表示，一個(gè)永久性的“月球站”有可能取代國(guó)際空間站?，F(xiàn)在，就讓我們來(lái)看一看目前有關(guān)第一個(gè)月球基地的比較可行的設(shè)想。

1972年12月，當(dāng)時(shí)離開(kāi)月面的美國(guó)“阿波羅17號(hào)”飛船，宣告為期3年的載人登陸月球、進(jìn)行出艙探索的大膽冒險(xiǎn)降下帷幕。在此期間，共有12名地球人在月球塵土中留下了自己具有歷史意義的足印。但在此之后40多年里，月球這個(gè)距離地球最近的鄰居再也未被人類親身接觸過(guò)，只有從地球發(fā)射的機(jī)器人任務(wù)——探測(cè)器探索過(guò)這顆地球衛(wèi)星。但根據(jù)美國(guó)宇航局和歐洲空間局（簡(jiǎn)稱歐空局）的最新計(jì)劃，這個(gè)現(xiàn)狀很快就可能被打破。歐空局新任局長(zhǎng)沃納最近表示，該局希望在月球上建立一個(gè)地球村——地球人在月面的基地。美國(guó)和俄羅斯等國(guó)也表示有類似的打算。如此看來(lái)，我們是否已經(jīng)進(jìn)入了人類在月面永久性存在的時(shí)代？

建造月球基地

①月球南極在一天內(nèi)90%的時(shí)間里都有光照，這讓它成為月球基地是目前看來(lái)的最佳選址

②月球登陸器把居住艙送至月球

③居住艙釋放膨脹圓頂，為月球基地提供建筑構(gòu)架

④采用月球土壤、通過(guò)3D打印出的墻壁塊

⑤每個(gè)像這樣的結(jié)構(gòu)，都需要3個(gè)月時(shí)間才能完成

第一階段 到達(dá)

首先需要指出的一點(diǎn)是：在航天活動(dòng)中，發(fā)射重量越輕越好。把區(qū)區(qū)1千克材料發(fā)射到太空（還不說(shuō)發(fā)射到月球軌道及讓它登陸月球），花費(fèi)至少是1萬(wàn)美元。難怪熱衷于載人月面探索的科學(xué)家當(dāng)中，眼下流行的一個(gè)最熱門理念就是——“就地取材”。換句話說(shuō)，就是采用月面上存在的材料，盡可能降低月球基地任務(wù)的成本。因此，月球資源將決定月球基地的選址。

這臺(tái)3D打印機(jī)一層一層地“打印”材料

這塊重達(dá)1.5噸的建筑材料，是通過(guò)3D打印得到的

沃納的理念是，在月球遠(yuǎn)端（或稱月球背面，指一直背對(duì)地球的月球半面）建造月球基地。很多科學(xué)家也認(rèn)為，月球背面是月球基地的最佳選址。在那里安裝望遠(yuǎn)鏡當(dāng)然不錯(cuò)，但缺點(diǎn)是需要一系列中轉(zhuǎn)衛(wèi)星來(lái)保持月球背面與地球之間的聯(lián)絡(luò)——這是一個(gè)很重要的心理因素，因?yàn)椴荒茏屧谠虑虮趁婀ぷ鞯挠詈絾T（這是西方國(guó)家的稱呼，俄羅斯和中國(guó)稱“航天員”）感到與世隔絕。此外，如果純粹出于對(duì)資源利用的考慮，那么靠近月球南極的地方或許是較好的選址，因?yàn)槟莾河写罅克推渌V物質(zhì)。俄羅斯目前正在考慮把月球南極地區(qū)的馬拉博特山作為月球基地的選址。

月球南極的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是氣候。月球是個(gè)與地球迥然不同的地方，月球自轉(zhuǎn)一圈要花接近1個(gè)月時(shí)間。在月面上的大多數(shù)區(qū)域，每個(gè)夜晚要持續(xù)大約兩星期。然而，月球南極的一些區(qū)域卻幾乎一直被照亮，與地球北極的夏季情況很相似。這意味著這些區(qū)域沒(méi)有大的溫度變化，因而能讓架設(shè)在那里的太陽(yáng)能電池板吸收充足的陽(yáng)光，為月球基地提供電力。

如果一開(kāi)始就建造人類月球基地，風(fēng)險(xiǎn)也許過(guò)大。那么，可不可以先建造機(jī)器人月球基地？日本航天機(jī)構(gòu)正在作這種打算。他們希望到2020年時(shí)能在月面建立一個(gè)機(jī)器人基地，用機(jī)器采集最遠(yuǎn)為距離基地97千米外的月球樣本，把樣本送回基地，再用火箭發(fā)射回地球。

第二階段 建設(shè)

3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，有可能促進(jìn)月球基地的建造。2014年年底，一個(gè)套筒扳手的設(shè)計(jì)藍(lán)圖被電郵給國(guó)際空間站上的宇航員，他們使用自己的3D打印機(jī)創(chuàng)制出這件器具?？茖W(xué)家們對(duì)于在月球基地使用類似技術(shù)充滿期待。歐空局正在向美國(guó)建筑設(shè)計(jì)巨頭“福斯特伙伴”咨詢采用月球土壤作原材料、通過(guò)3D打印在月面建設(shè)大型基礎(chǔ)設(shè)施的可行性?？茖W(xué)家已經(jīng)證明，作為一種非常有效率的工具，3D打印能夠處理月面的疏松材料。

月球基地設(shè)計(jì)效果圖

是否能收集足夠的月球土壤，并且把它送進(jìn)3D打印設(shè)備？這一點(diǎn)尚待觀察?？茖W(xué)家警告說(shuō)，有必要先發(fā)送機(jī)器人到月球，確保3D打印系統(tǒng)能在月面的低重力環(huán)境下運(yùn)作。如果能成功，一旦出現(xiàn)緊急情況，就能在地球上設(shè)計(jì)好一臺(tái)月球基地需要的重要設(shè)備，把設(shè)計(jì)方案發(fā)送到月球，幾小時(shí)內(nèi)就能在月面把它變成一臺(tái)設(shè)備并投入使用。與之相比，如果用火箭把這臺(tái)設(shè)備從地球發(fā)射到月球，恐怕得花幾天時(shí)間，而且花費(fèi)相對(duì)也很大。

1 由3D打印的保護(hù)盾，保障月球基地居民不受輻射等侵害 ?2 充壓居住區(qū)域能讓4人居住 ??3 這處設(shè)施為月球基地提供日光照明 ??4 初始艙充當(dāng)氣閘艙和技術(shù)支持艙，其中裝備有通信等多種設(shè)備

在由“福斯特伙伴”設(shè)計(jì)的理念中，原材料被3D打印成一種輕質(zhì)量可膨脹架構(gòu)。而美國(guó)私人航天巨擘比齊洛公司建議采用小型獨(dú)立膨脹艙，該公司目前已開(kāi)始與美國(guó)宇航局進(jìn)行這方面合作。美國(guó)的第一座膨脹型月球基地有可能在2025年到位。俄羅斯的馬拉博特山“定居”計(jì)劃也由一家私營(yíng)公司承頭，該公司認(rèn)為建造月球基地的技術(shù)目前還不成熟，但有可能在5年后成熟。為了建造一個(gè)月球基地，將需要進(jìn)行50次火箭發(fā)射，總費(fèi)用高達(dá)近100億美元。這可能成為制約月球基地建造的一個(gè)重要因素。

月球數(shù)據(jù)

1.6米/秒2 月球引力加速度

3474.8千米 月球直徑

-53℃ 月球赤道平均溫度

12人 曾經(jīng)到過(guò)月面的人數(shù)

3.8厘米 月球每年增加的與地球之間距離

59% 從地球上能看見(jiàn)的月面占比

45.3億年 月球年齡

第5位 按照從大到小順序，月球在太陽(yáng)

系衛(wèi)星中的排名

第三階段 居住

3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，有可能促進(jìn)月球基地的建造。2014年年底，一個(gè)套筒扳手的設(shè)計(jì)藍(lán)圖被電郵給國(guó)際空間站上的宇航員，他們使用自己的3D打印機(jī)創(chuàng)制出這件器具。科學(xué)家們對(duì)于在月球基地使用類似技術(shù)充滿期待。歐空局正在向美國(guó)建筑設(shè)計(jì)巨頭“福斯特伙伴”咨詢采用月球土壤作原材料、通過(guò)3D打印在月面建設(shè)大型基礎(chǔ)設(shè)施的可行性。科學(xué)家已經(jīng)證明，作為一種非常有效率的工具，3D打印能夠處理月面的疏松材料。

月球基地剖面圖

是否能收集足夠的月球土壤，并且把它送進(jìn)3D打印設(shè)備？這一點(diǎn)尚待觀察?？茖W(xué)家警告說(shuō)，有必要先發(fā)送機(jī)器人到月球，確保3D打印系統(tǒng)能在月面的低重力環(huán)境下運(yùn)作。如果能成功，一旦出現(xiàn)緊急情況，就能在地球上設(shè)計(jì)好一臺(tái)月球基地需要的重要設(shè)備，把設(shè)計(jì)方案發(fā)送到月球，幾小時(shí)內(nèi)就能在月面把它變成一臺(tái)設(shè)備并投入使用。與之相比，如果用火箭把這臺(tái)設(shè)備從地球發(fā)射到月球，恐怕得花幾天時(shí)間，而且花費(fèi)相對(duì)也很大。

在由“福斯特伙伴”設(shè)計(jì)的理念中，原材料被3D打印成一種輕質(zhì)量可膨脹架構(gòu)。而美國(guó)私人航天巨擘比齊洛公司建議采用小型獨(dú)立膨脹艙，該公司目前已開(kāi)始與美國(guó)宇航局進(jìn)行這方面合作。美國(guó)的第一座膨脹型月球基地有可能在2025年到位。俄羅斯的馬拉博特山“定居”計(jì)劃也由一家私營(yíng)公司承頭，該公司認(rèn)為建造月球基地的技術(shù)目前還不成熟，但有可能在5年后成熟。為了建造一個(gè)月球基地，將需要進(jìn)行50次火箭發(fā)射，總費(fèi)用高達(dá)近100億美元。這可能成為制約月球基地建造的一個(gè)重要因素。

說(shuō)到建造月球基地的難點(diǎn)之一，那就是月球環(huán)境對(duì)地球人造成的一系列生理問(wèn)題。人類早已習(xí)慣了在地球上的生活，而不是在距離地球40.2萬(wàn)千米外的一堆光禿禿的巖石——月球上生活。我們還得測(cè)試改變的重力對(duì)我們的生理造成的影響。零重力會(huì)對(duì)人體造成非常嚴(yán)重的破壞，包括肌肉退化和骨架去礦物化等。月面重力只有地球上的1/6，在此情況下人類身體還能否保持健康？科學(xué)家對(duì)此并不清楚。

另一個(gè)重要挑戰(zhàn)是輻射。地球有大氣層和磁場(chǎng)。這兩者都像是巨大的安全毯，保護(hù)我們不受太陽(yáng)粒子和基本上都來(lái)自于銀河系的宇宙射線的侵害。在月球上，由于缺乏這類天然防護(hù)，地球人就不得不想辦法讓自己避開(kāi)這類危險(xiǎn)。否則，這些輻射會(huì)穿透人的皮膚，影響人的DNA，從而造成輻射病、白內(nèi)障和急劇增高的癌癥風(fēng)險(xiǎn)。

在月球上，輻射盾牌的厚度需要達(dá)到幾米。為此，要把居住艙埋進(jìn)由月球土壤制造的防護(hù)材料中。之所以保護(hù)盾的厚度要達(dá)到幾米，是因?yàn)檫@樣才能確保輻射在進(jìn)入居住艙之前就被全部吸收。人類在月球上生活的其他必需材料是水、氧氣和食物。幸運(yùn)的是，氧可以通過(guò)融化月球上部分區(qū)域存在的水冰和分解水得到。食物則很可能將通過(guò)溫室栽培新鮮蔬果提供?？茖W(xué)家相信，在地球之外栽培蔬果的重要性遠(yuǎn)不止在于維持生命。例如，在地球南極，哪怕就像栽培番茄這么簡(jiǎn)單的事，也被證明非常有助于保持人的理智。

這樣的心理學(xué)因素?zé)o疑很重要。第一座月球基地的居民數(shù)量很可能會(huì)很少。俄羅斯的計(jì)劃是開(kāi)始為2人，然后提高到4人。在充壓、擁擠和外星環(huán)境（月球基地正是這樣一個(gè)環(huán)境）中工作，會(huì)對(duì)地球人的心智造成很大的考驗(yàn)。我們可以從以往的實(shí)驗(yàn)中得到經(jīng)驗(yàn)，例如往返國(guó)際空間站之旅和“火星500”實(shí)驗(yàn)。在“火星500”實(shí)驗(yàn)中，數(shù)名志愿者被隔離、鎖閉，模擬火星飛船內(nèi)的生活場(chǎng)景。試想：火星之旅單程需時(shí)就達(dá)半年左右，這么長(zhǎng)的時(shí)間里，飛船上就那么幾個(gè)人，在此期間不出問(wèn)題（例如健康問(wèn)題、心理問(wèn)題和設(shè)備問(wèn)題）幾乎不可能，那么，要是出現(xiàn)問(wèn)題怎么辦？所以，在這類旅程實(shí)際展開(kāi)之前，必須調(diào)研這類問(wèn)題，并找到應(yīng)對(duì)辦法。

想象你的月面生活第一天。歡迎來(lái)到克拉維斯基地！在基地進(jìn)入艙卸下你的行囊，讓一位科幻作家向你作介紹吧。

想象你的月面生活第一天。歡迎來(lái)到克拉維斯基地！在基地進(jìn)入艙卸下你的行囊，讓一位科幻作家向你作介紹吧。

月面生活第一天

現(xiàn)在我給你兩條建議。第一條是：當(dāng)心頭頂！你是不是以為自己將進(jìn)入豪華月宮？忘了這個(gè)吧。正如你在這里看到的，這里十分狹小，每個(gè)表面都因?yàn)榉胖玫脑O(shè)備而顯得凌亂，只要有空間的地方都塞滿個(gè)人物品。每一立方米的起居空間都必須人工建造，始終保持充滿經(jīng)過(guò)處理的空氣，免遭輻射侵入。對(duì)，這里有點(diǎn)像國(guó)際空間站，只不過(guò)是建在月球表面的“空間站”。

我給你的第二條建議是：別擔(dān)心著火的氣味。那是月球塵埃在空氣中氧化。月球塵埃極其細(xì)小，不管我們?cè)鯓臃婪端鼈?，它們都?huì)通過(guò)氣閘和過(guò)濾器進(jìn)入基地。它們對(duì)管道和人的皮膚都有腐蝕性，還會(huì)進(jìn)入皮膚上的微孔。你得習(xí)慣它們。

沒(méi)錯(cuò)，你醒來(lái)后的大部分時(shí)間都很可能在這里度過(guò)：保健中心。整個(gè)基地實(shí)際上就是某種實(shí)驗(yàn)設(shè)施。我們不知道人體會(huì)對(duì)月球的低重力作何反應(yīng)，因此我們都是“實(shí)驗(yàn)鼠”，我們要對(duì)這個(gè)問(wèn)題給出數(shù)據(jù)。我希望你不害怕打針什么的。我看見(jiàn)了你肩上的紅色徽章。你真幸運(yùn)！瞧，我的肩上是藍(lán)色徽章：我每天得在離心機(jī)上花幾個(gè)小時(shí)，被旋轉(zhuǎn)到地球引力水準(zhǔn)。戴灰色徽章的人無(wú)需旋轉(zhuǎn)，因此他們的骨骼承受的只是月球引力。不過(guò)，你們這些戴紅色徽章的人要被輕微旋轉(zhuǎn)至地球引力的1/3水準(zhǔn)，這正是火星引力水平。你或許會(huì)問(wèn)：為什么要在月球上進(jìn)行這樣的實(shí)驗(yàn)？那是因?yàn)樵诘厍蛏蠠o(wú)法很好地進(jìn)行這類實(shí)驗(yàn)。

藍(lán)色門的背后是什么？別急，我稍后會(huì)告訴你。看這里，這兒是基地的氣閘之一，還有一扇瞭望窗。外面的天空是黑色的，月球表面是褐色的。地平線上是機(jī)器人采礦機(jī)，它挖掘月球土壤以提取稀有同位素，它們?yōu)榈厍蛱峁┚圩內(nèi)剂?。那個(gè)有點(diǎn)像石油鉆塔的裝置，是平放在月面上的太陽(yáng)能電池板：我們?cè)谠虑蚧厮璧拇蠖鄶?shù)能量，都將來(lái)自太陽(yáng)。不管你在基地的職責(zé)是什么，你都會(huì)花大量時(shí)間待在那兒。工作非常單調(diào)，我想你很快就會(huì)有點(diǎn)不耐煩。我們得維護(hù)這些設(shè)備，它們還未聰明到自己控制自己的程度。在基地內(nèi)外，我們也有體育比賽和探險(xiǎn)活動(dòng)。我已經(jīng)報(bào)名參加明年的月球南極遠(yuǎn)征。沒(méi)準(zhǔn)兒你也會(huì)參加。

這里的風(fēng)景看起來(lái)不怎么樣。畢竟這里是月球背面，白天天空中只有太陽(yáng)。但到了晚上，月夜會(huì)讓你看見(jiàn)深空。第二名站上月球的人——美國(guó)宇航員巴茲·奧爾德林曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“銀河系中一定充滿了像月球一樣的小小巖石世界，人類或許能學(xué)會(huì)在這樣的天體上生存，那么我們最終就能在宇宙中任何地方生存?！蹦菚r(shí)，無(wú)論我們到哪里，人們都會(huì)看見(jiàn)像月夜一樣的夜空。這是否讓你浮想聯(lián)翩？

對(duì)了。我們的基地里有水耕艙。我們會(huì)在這里花很多時(shí)間，種植蔬菜和水果等。盆栽是一種很受歡迎的愛(ài)好，但在月球基地中它成了一種生命支持手段。這里還有商店和宿舍?，F(xiàn)在，我們回到基地進(jìn)入艙。雖然它的空間不大，但你很快就會(huì)習(xí)慣的。

或許，我們很快就會(huì)需要更大空間?，F(xiàn)在去醫(yī)療艙看看。聽(tīng)，藍(lán)色門的背后是什么聲音？我的朋友，那是月球誕生40多億年來(lái)首次傳出的聲音，也是對(duì)地球人來(lái)說(shuō)全新的聲音。我們無(wú)比自豪，因?yàn)樗C明了我們?cè)谕庑巧系拇嬖凇獩](méi)錯(cuò)，它就是新生兒的啼哭聲！

第四階段探索

建立月球基地的科學(xué)吸引力也很明顯。由“阿波羅號(hào)”宇航員送回地球的月球樣本，為科學(xué)家了解月球內(nèi)部機(jī)制提供了寶貴資源。但這樣的認(rèn)識(shí)仍然有限，因?yàn)橹挥衼?lái)自很少幾個(gè)月面地點(diǎn)、數(shù)量也很少的材料被送回地球。而讓一組人長(zhǎng)時(shí)間生活在月球上，當(dāng)然會(huì)大大促進(jìn)我們對(duì)月球的了解。一個(gè)很好的對(duì)比是，在南極洲建立的永久性人類基地大大提高了我們對(duì)南極洲的探測(cè)效率。如果只是定期或不定期發(fā)射機(jī)器人探測(cè)器探索南極洲，則肯定不可能有這么好的效果。

更有趣的是，月面定居點(diǎn)有可能擴(kuò)展地球人對(duì)太陽(yáng)系以外很遠(yuǎn)地方的了解。長(zhǎng)期以來(lái)，月球一直被認(rèn)為是架設(shè)太空望遠(yuǎn)鏡望向宇宙深空的絕佳地點(diǎn)。把光學(xué)望遠(yuǎn)鏡架設(shè)在月球上，能讓我們以前所未有的精度窺探銀河系中心。把射電望遠(yuǎn)鏡架設(shè)在月球上，它就能避開(kāi)日益增多的現(xiàn)代文明的背景噪聲影響。我們之所以要把望遠(yuǎn)鏡架設(shè)在地球高山上，也是出于這個(gè)理由。

月面望遠(yuǎn)鏡（圖中紅色箭頭所指）

因?yàn)樵虑蛏嫌性S多未經(jīng)探索、利用的資源，所以為了節(jié)省成本，不論是歐美還是俄羅斯的第一個(gè)月球基地，都將很可能不是由政府主導(dǎo)，而是由私營(yíng)企業(yè)和政府機(jī)構(gòu)合作進(jìn)行的。美國(guó)宇航局最近一項(xiàng)研究顯示，這樣的合作甚至可能使任務(wù)成本削減90%。

著眼于永久性的火星定居點(diǎn)，月球?qū)⒊蔀闇y(cè)試這方面新技術(shù)的絕佳場(chǎng)所。與火星相比，月球安全得多：一旦發(fā)生緊急問(wèn)題，從月球返回地球最多只需幾天時(shí)間，與從火星返回地球所需時(shí)間——幾個(gè)月相比要短得多。當(dāng)然，把緊急物資從地球發(fā)到月球也快得多。