震撼曝光:未來月球基地或在月北極

  本月2日,我國用長征3號乙改進型運載火箭成功發射了嫦娥3號落月探測器,它將首次實現我國對地球以外天體的軟著陸及巡視勘察任務,掀起新的一股“探月熱”。

  人類的探月可分探月、登月和駐月三大步。人類已經成功實現了載人登月,那麼,要實現人類長久駐月——打造月球基地的目標,還需要克服什麼樣的問題和障礙?這樣的目標又有什麼樣的意義?

月球基地設想圖

  對於人類探月的“探、登、駐”三大步,目前美國已走完了前兩步,前蘇聯/俄羅斯走完了第一步,而歐洲、日本、中國和印度等還都處在第一階段,以探月為主攻方向,並按照繞月、落月、返回三小步分步實施。但這些國家的最終目標還是在月球建立永久性駐人的月球基地。

  有水、有陽光、便於著陸

  月球基地選址要綜合考慮利弊

  月球雖然很大,但不是什麼地方都可以建立基地的。所以首先要通過發射多個繞月探測器對月球進行全面瞭解,為月球基地初步選址;然後用月球機器人對所選地址進行實地詳細考察。

       這些月球機器人不僅要在航天員登上月球之前打前站,而且在航天員離開返回地球後,還可留守月球自主工作。

  雖然以往曾進行過大量的月球探測,掌握了不少有關月球的資料,但要建設月球基地僅靠這些資料仍然不夠。例如,對月球的兩極地區,特別是月球的背面,人類就瞭解得不多。水是基地選址的重要條件,但根據目前的瞭解,只有在月球兩極終年不見陽光的地方存在豐富的水冰。

  2009年6月18日,美國用宇宙神5號火箭一舉發射“月球勘測軌道器”和“月球坑觀測與感知衛星”兩個月球探測器,其中“月球勘測軌道器”運行在距月球表面約50千米的圓形月球極地軌道,分辨率優於1米,用於為建造月球基地選址;“月球坑觀測與感知衛星”通過撞擊月球南極卡比厄斯月球坑,發現月球上存在水,而且不是一星半點。美國還在2011年發射了“月球重力恢復和內部實驗室”,2013 年發射了“月球大氣和塵埃環境探測器”,對月球進一步勘探。

月球基地設想圖

  根據月球基地的不同用途,其選址的標準和要求也不同。如果在月球建立能源基地,應根據月球能源的分佈情況來選擇;如果在月球建立科研基地,可在月球的背面選址,那裡不僅沒有大氣層、任何震動、磁場,而且沒有地球無線電波的干擾,很適合進行天文觀測或其他科研,再有,月球的1天相當於地球的約28天,所以可以長時間連續觀測或開展其他科學研究。但這會帶來與地球上飛行控制中心的通信聯繫方面的困難,要依靠月球中繼衛星傳輸數據,因此需要權衡利弊、綜合考慮。

  簡言之,月球基地選址有兩個基本要求:充足的陽光和儲存著豐富的水冰。從目前來看,在月球兩極建基地比較好,因為那裡地勢比較平坦,有利於登月球飛船的起飛和著陸;月球南北兩極有一些區域接近於在太陽的永久照射之下,而在太陽照不到的地方又有水冰存在。

  由於月海多集中在月球北極,在月球南極月海不多,因此把月球基地建在月球北極的可能性很大。也有人主張比較高級的月球基地應建在月球的熔洞內,因為在月球熔洞內不僅保溫性能好,而且還可以有效防護航天員不受宇宙輻射和微隕石雨的傷害,但這種熔洞一般是在環形山的山腳下,這就跟選擇飛船著陸地點形成一對矛盾,也需要綜合考量。

  氧氣、水、食物自給自足

  中高級月球基地要學“南泥灣”

  與其他載人航天器一樣, 月球基地包括兩個最基本、也是最重要的設施,那就是可供航天員生活和工作的加壓居住艙和生命保障系統。在月球基地的不同發展階段可以建不同的居住艙。

       初級基地的居住艙可用移動式居住艙,也能直接使用登月飛船上的月球著陸器。後者設備簡陋,可供航天員在裡面臨時生活和工作30天;前者可用於初級基地和中級月球基地。

       高級基地一般採用由金屬結構或鋼筋混凝土結構製作成的固定式居住艙,其中前者為類似於空間站的圓筒形艙段,但為了防止宇宙輻射對基地乘員的傷害,這兩種固定式居住艙都必須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統也隨基地不同而不同。初級基地的生命保障系統是非再生式的,即其上的氧氣、水和食物要依靠來自地球的補充供應。中高級月球基地上的生命保障系統是再生式的,即其上的氧氣、水或食物都要靠密閉循環處理和綠色植物的光合作用來就地解決。

月球基地設想圖

  除了加壓居住艙和生命保障系統外,供電系統、出艙活動系統和月球漫遊車也是月球基地上必不可少的重要設施。

  有科學家建議,載人月球基地應分三個階段進行建設:第一階段是準備階段,即為月球基地選址和完成月球基地建設的前期準備工作。第二階段是初級基地建設階段,即將航天員和基地的建造設備送上月球,然後將設備組裝起來。

       由於第一個月球基地有繁重的月球考察任務,因此有關的科學儀器、實驗室、發電設備、通信設備、漫遊車、小型挖土機和勘探設備也應該準備好和組裝好,所有東西都應該處於“待命狀態”。第三階段是發展階段,即從初級月球基地發展為中高級月球基地的階段。在此階段,基地成員將從6人擴大到12人,並能在基地停留3個月到半年。在此階段,基地的居住艙也將從2至3個發展為5至7個。

  建月球基地有什麼用?

  優質的科研平台

  月球是研究地球的寶地。由於月球幾乎沒有大氣和地質活動,岩石受到的損壞不大,在那裡研究月球岩石相當於從研究地球39億~40億年前的標本入手,所以月球是研究地球起源與演化的最佳“標本”。

  月球沒有大氣層,沒有全球性的磁場,內部能量已近於衰竭(月震釋放的能量僅相當於地震的1億分之一),月球背面不受地球無線電波干擾。

月球基地設想圖

       表面還具有高潔淨和弱重力的特徵。這些特徵對天文觀測來講無與倫比,所以很多天文學家都嚮往能在月球上建起大型月基天文台。

       這次嫦娥3號在世界上首次使用的月基光學望遠鏡實際上就是一個無人月球天文台。

  豐富的能源寶庫

  月球還有可能在將來成為人類的能源基地。通過實施阿波羅登月工程發現,在月球表面含有大量的氦3,大概有100萬噸至500萬噸,而這種在地球上很難得到的物質是清潔、安全和高效的核聚變發電燃料。

       可提供便宜、無毒和無放射性的能源,被科學界稱作“完美能源”,所以月球已被譽為21世紀的“波斯灣”。這次嫦娥3號在世界上首次使用的測月雷達將能探測30米厚的月壤結構,從而能進一步瞭解氦3多少與分佈。

       為了降低成本,不少國家設想直接在月球上建造核電站,電站發出的巨大電力除供月球基地使用外,還將通過激光或微波輸送到位於近地軌道上的能量中繼衛星,再由中繼衛星以激光或微波形式傳送給地球。

中國首次探月

  也有人提出在月球上建太陽能基地。因為月球表面幾乎沒有大氣,太陽輻射可以長驅直入。另外,月球很容易滿足用目前光電技術進行太陽能發電需要佔用大片光照充足土地的要求。這也需要解決無線輸電的難題。

  另外,月球上還蘊藏有豐富的鈦、鐵、鈾、釷、稀土、鎂、磷、硅、鈉、鉀、鎳、鉻、錳等礦產,其中有5種是地球上沒有的。月壤中豐富的鋁、鐵、硅可用來直接生產建材造房屋。嫦娥3號上的紅外譜儀和X射線譜儀可進一步調查月表物質成分和可利用資源。

  理想的中轉基地

  有人將月球比喻為地球的第八大洲,月球上擁有相當於亞洲那樣大的廣闊月面,還有很多其他用途,例如:利用月球比地球穩定得多,並擁有弱重力、高潔淨的特殊自然條件和自然環境,能制備一些昂貴生物製品與特殊材料等。

  月球可作為理想的星際飛行中轉站。人類要遠航到其他行星,甚至飛往更遙遠的太陽系之外的星系,需要配備足夠的燃料、水和食物。

月球基地設想圖

       如果在月球上建立起工業基地和開辦農場,這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,飛船攜帶有效載荷脫離月球飛向太空,要比攜帶同樣重的有效載荷離開地球容易得多。





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