未來月球開發,人類這樣建造月球基地成為“月球人”

月球是距離地球最近的天體,是人類開展太空探測的首選目標。月球探測發展規劃通常按照“探、登、駐”三步走的策略來制定,在完成無人月球探測工程之後,實施載人登月工程和月球基地工程,成為“月球人”,是人類實現對月球資源的深度開發和利用的重要手段。

關於月球基地的概念有很多種說法,通常我們把在月球上建立的可供人類長期居住、生活及開展各種技術試驗、科學研究和資源開發的各種基礎設施統稱為月球基地。按照建造階段的不同,月球基地的發展要經歷無人月球基地階段和載人月球基地階段。從公開的資料來看,近年來,中國、美國、俄羅斯、日本和歐洲空間局等國家和組織,都提出了建設月球基地的規劃設想,併為工程實施作了積極準備。

一、月球基地的任務

世界各國的科學家對月球基地任務進行了大量開放式的論證,結果可歸結為人類社會資源和能源的重要補給站、特殊環境的天然實驗室、特殊材料的生產基地、對宇宙空間的天然觀測站、深空探測的中轉站等,其最終目的是拓展人類的生存空間,探索浩瀚的宇宙。綜合多國科學家的認識,可將月球基地的任務歸納為月球科學研究、月球資源開採利用、科學試驗平臺、月基空間觀測站和載人深空探測中轉站等五大任務目標。

未來月球開發,人類這樣建造月球基地成為“月球人”

1、月球科學研究

人類對月球的探測已有50多年的歷史,對月球的地形地貌、物質分佈和空間環境等建立了初步的認識,但總體來看這些認識還非常有限,遠遠無法達到利用月球、開發月球,建立人類新的生存空間的目的。通過建立月球基地可完成諸如月球地形地貌、地質構造、表面物質組成、內部結構、近月空間和月面環境、月球和地月系的起源與演化等月球科學的研究,也是研究地球、太陽系起源與演化的有效途徑。

2、月球資源開採利用

能源問題是當今人類社會面臨的急需解決的重大問題之一,石油、天然氣和煤等化石能源的逐漸枯竭將是未來威脅人類生存的首要大敵。

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目前,科學家正尋找解決能源危機的途徑,並將希望寄託在太陽能和核聚變等清潔高效的能源上。月球擁有豐富的氦3和太陽能資源,很可能成為未來人類新的能源基地。此外,月球上還儲存著豐富的硅、鋁、鈦和鐵等,也是未來補充地球礦產資源的巨大倉庫;還可通過礦石提煉方法獲取月壤中的氫和氧等,直接生產飛行器所需的推進劑等。

3、科學試驗平臺

月球沒有大氣,也沒有電磁波的吸收與輻射,僅有弱重力場,使得許多無法在地球上開展的研究、實驗、製造和加工,都可在月球上完成。例如,可持續研究鈣元素在弱重力場環境下在人體中的循環情況,從而改進關節炎疾病的治療方法,以及改進心臟和動脈疾病的治療等;研究在低重力環境下進行晶體的生長,從而研製生物製品、特種材料等;人類在地外長期生存時需建立自給自足的受控生態循環系統,月球基地可進行低重力環境下植物多代繁殖、固體廢物微生物處理等技術的研究和試驗,這對於驗證由植物人微生物組成的循環生態系統是十分重要的。

4、月基空間觀測站

在月球上建立空間科研基地,進行空間天文學等研究,將有助於人類認識月球、地球和太陽系的起源和演化。月球背面是放置天文望遠鏡的理想場所,其穩定的地質構造,沒有大氣干擾、光汙染,以及永久陰影區的極低溫度,都是天文觀測值得利用的絕好條件。月球正面永遠面向地球,在月球正面建立觀測站,可以對地球實施長期監測。此外,月球基地也是監視對地球構成潛在威脅的小天體的觀測站,可作為早期預警的前哨站。

5、載人深空探測中轉站

月球是距離地球最近的天體,月球基地將成為人類進入深空的跳板和中轉站。由於月球沒有大氣、磁場,重力加速度只有地球的1/6,因此從月球上發射大型航天器,相較於地球容易得多;可以在月球上實現對航天器的建造、組裝、維護和補給,並從月球或月球附近直接奔向深空。此外,月球也是開展人類長期宇宙航行任務的最佳實驗場,可以完成諸如生物再生式循環生態系統、宇宙長期航行心理學、低重力環境醫學和星體表面探測作業系統等的研究與實驗。

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二、月球基地的類型

關於月球基地的類型有許多不同的劃分方式,歸納起來有以下幾種:

1、按照可移動性來劃分,可分為移動式月球基地和固定式月球基地。

2、按照基地與月球表面的結合方式,可分為地上基地、半地下基地、地下基地。

3、按照使用壽命來劃分,可分為臨時性基地、半永久性基地和永久性基地。

4、按照建築材料劃分,可分為利用充氣可膨脹展開結構的柔性月球基地、硬結構式的剛性月球基地,以及利用月壤建築或者在月球溶洞中構建的建築式月球基地。

5、按照對地球供給的依賴程度,可分為完全依賴式、部分依賴式和自維持式。

6、按照使用用途劃分,可分為能源開發基地、農業生產基地、空間製藥基地、深空探測中轉站以及軍事戰略基地等。

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三、月球基地的發展階段

月球基地的發展過程通常是初級月球基地(也稱為月球前哨站、月球科考站)→中級月球基地→高級月球基地→月球工廠→月球移民區。由於人類到目前為止對月球的認識和理解還較為有限,因此基於現在的航天技術水平,月球基地的建設過程往往較為複雜,建設週期通常較長。從容納數人的初級月球基地建設成為可容納上百人的高級月球基地往往需要數十年的時間,如果最終建設成為月球移民區則需要近百年的時間。

1、初級月球基地

初級月球基地,也稱為臨時性月球基地、月球前哨站、月球科考站等,最多可容納6~20人在基地內作短期停留(幾個月),使用壽命1~10年左右,基地的物資供應,特別是生活必需品的供應基本完全依靠地球。

基地可以是移動式的,也可以是固定式的。它的主要任務目標是進行近距離科學考察,安放各種月球科學探測儀器,對月面礦石開採、材料製備利用等進行實驗,此外還對未來可使用的閉環生態系統進行各種嘗試性實驗驗證。

2、中級月球基地

中級月球基地,也稱為半永久性月球基地、半永久性月球科考站、長期月球前哨站等,最多可容納20~50人,航天員可在基地內作長期停留,使用壽命在10年左右。

中級月球基地一般具有可擴展、可維護的功能,可以進行遠距離大範圍的科學探測考察,其中航天員主要在基地附近進行考察,機器人承擔遠距離收集樣品和安裝儀器等工作。這個階段的主要任務是研究和驗證月球資源的開發和利用技術;建立技術試驗基地開展地質科學、生物醫學實驗等,利用實驗性天文望遠鏡進行深空天文科學研究,對月面資源進行開採和簡單加工,有可能生產飛行器所需的推進劑。

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此外,能對氧、水和食物等消耗品實現部分原位資源利用,開展長期的航天醫學和生理學研究,建立起半循環生態系統實驗室,為人類長期開展星際航行任務作好準備。

3、高級月球基地

高級月球基地,也稱為永久性月球基地,最多可容納50~100人,使用壽命可達30年左右。高級月球基地最主要的特徵是物資供應基本上實現自給自足,其駐月人數較中級月球基地增加較多,可以進行多種月球礦產資源和月球能源的開發,建設多種先進的地質科學實驗室、生物醫學實驗室、先進的天文觀測基地,能夠進行推進劑、陶瓷/金屬/硅材料生產,特色生物製品合成;可以利用月壤構建各種基地組成部件,基本建立起封閉循環的生態系統。

未來月球開發,人類這樣建造月球基地成為“月球人”

4、月球工廠

月球工廠設想能容納100~250人左右,使用壽命30年左右。月球工廠已經形成循環封閉的生態系統;能夠大規模地生產氧,電力與能源全部自給自足;除開採月球礦產以外,還要負責生產一些中型設備,這些設備除供應月球移民區的建設外,還供應對太陽系其他行星和天體的開發之用,作為人類深空探測的中轉站。

5、月球移民區

月球移民區的建設是將數個高級月球基地連接起來,形成一個超大規模的月球基地網,最終形成月球移民區。全部建設完畢可能需要30年時間,以後就將成為人類在月球上一個永久性的定居點。移民人數初始時是幾百人,到後來可能達到幾千人或幾萬人。月球移民區的最大特點是各項生活、實驗、工作的設施和消耗品等均已實現自給自足,月面移動交通工具豐富發達,可以輕鬆自如開展地月間往返運輸。

未來月球開發,人類這樣建造月球基地成為“月球人”

四、總結

實施月球基地工程,能夠加深人類對月球的理解和開發利用,是實現人類探索深空,最終移居其他星球的重要環節。人類的參與帶來了機器人等無法比擬的智能優勢和好處,但隨之而來的還有大量複雜的問題,尤其是人類在地外天體的生存和工作問題,將產生眾多的新系統、新技術,因此可以預計月球基地工程的技術難度將大大超過以往任何一項航天工程。

未來月球開發,人類這樣建造月球基地成為“月球人”

但是無論怎樣,人類探索深空的腳步是不會停止的,我們始終相信:人類對月球的認識、開發和利用是無止境的,月球必將成為人類走向深空的前哨站。隨著未來航天科學技術的進步,建設月球基地遇到的各種技術問題終將找到解決方案,月球基地建設的新概念、新方案、新技術將不斷地提出,最終將付諸實施!

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