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月球基地是指人類在月球上建立的生活與工作區域。

1 月球基地 -目的

在月球上建立基地,主要有以下目的:更好地開展天文觀測等科學活動;在月球上建立空間發電站供地球使用;開發月球各種礦物資源;為人類向更遠的目標探索提供一個落腳點;為飛向更遠的行星的飛船提供建造材料甚至提供推進劑;為更遠的將來人類向月球移民打前站。向月球發射一艘宇宙飛船,代價已經十分高昂,建造月球基地將花費更大的成本。因此,到目前為止,月球基地還處在一般性探討階段。

2 月球基地 -構想

月球基地月球基地

建造月球基地與建造太空城市一樣,對於普通人來說是一件不可思議的神奇事兒。但這件神奇的事兒卻早已明確擺在了科學家面前,他們不僅對之進行了長期探索,而且正在準備進行具體實施。

美國

美國是最先決定創建月球基地的國家。據報道美國已決定耗資1000億美元,建立臨時月球太空城。這一計劃將分階段進行。最初建立臨時基地,人數從十幾人逐步增加到數十人,他們將在月球進行礦物開採和冶鍊試驗,並為建造永久基地做準備。2007年建成中小型永久基地,人數增加到百餘人,逐步形成從開採、冶鍊到運輸的整套生產系統。最後是在月球上建成一個可以容納千人的月球城,各種類型的生產、生活、娛樂設施日趨完備,物資自給自足有餘,還可以「出口」地球。

美國的這一月球基地藍圖,佔地8000平方米,是一座圓形3層建築物,直徑64米,每層高4.5米。屋頂由混凝土建造,再覆以月球土,厚0.7~2.5米。牆壁分內外兩部分,外牆6層,厚1.4米,內牆厚2.5米,內外牆中間夾0.7米厚的月球土,主要用於防宇宙射線、太陽風,以及隕石的撞擊。另外建築物中間還有一個圓形防空洞,一旦建築物受損,大氣外泄,人可以躲入其中避難。

日本

與此同時,日本由未來工程學研究所牽頭,召集能代表日本水平的大學、研究所以及20多家企業的技術專家,成立了「月球基地與月球資源開發研究會」,也提出了一份月球基地的建設藍圖。這一藍圖計劃分為5個階段實施。第一階段從本世紀末到下世紀初,主要對月球進行調查探測,用機器人為基地選址,繪出月球資源分布圖。第二階段從2004年開始,建設可供6~8人居住的直徑為6米、長為11米的基地,人們可以不定期地在這裡工作,時間為幾天到幾周。2010~2020年為第三階段,基地擴大到可供8~32人居住,建成可防止陽光強烈輻射的保護裝置,工作人員可在這裡連續工作3~12個月。2020~2030年為第四階段,基地進一步擴大,工作人員增至64~125人,居住時間長達1~5年,逐步解決氧氣自給問題和農場建設問題。2030年以後進入第五階段,基地做到完全自給自足,開始進行能源生產,月球和地球之間開闢定期航線,使月球基地成為人類在地球以外建立的第一個真正的太空居民點。

中國

在月球探測領域,航天科技集團公司在完成探月工程既定目標的基礎上,將實施開展無人月球普查和詳查任務,逐步建立無人值守的月球基地,在條件具備后實施載人登月,直至建立有人駐留的月球基地。

雖然目前中國還沒有明確的載人登月計劃,但相關單位和科技人員正在進行論證,積極開展載人登月和建立月球基地的研究與探索。航天科技集團公司從運載火箭和載人登月飛船研製的角度,對載人登月的技術進行了研究,提出了兩種可能的技術方案。第一種是研製重型運載火箭,採取一到兩次發射和一次月球交匯對接。第二種基於現有技術能力,採用多次發射、多次地球軌道交匯對接和一次月球軌道交匯對接。

印度

印度正在研究在月球尋找一塊約15平方公里的土地,以建立該國第一個月球基地,為進行載人登月等空間活動作準備。

月球基地在坡度上應該較為平坦,一端有抬高的地形,可以接觸陽光;基地還應該有個坑,可以存放足夠的水;此外,基地還應該有足夠的陰影區,供未來在月球生活的人員在天熱時「納涼」。

印度空間研究組織計劃2013年發射「月船2號」探測器,這一無人探測器將在選定的月球著陸場所降落,並對科學家選定的月球基地進行考察。2020年,印度空間研究組織將開始建立月球基地,為印度首次載人登月作準備。

3 月球基地 -生活物資

人類要在月球表面正常生活居住,首先離不開必不可少的淡水和氧氣。科學家發現月球的沙土含有很多的氧,他們便提出了用月球沙土製造淡水和氧氣的設想。這一設想是先用鏟車自動挖掘月面的沙土,從中選出含氧的鐵礦物,然後用氫使含氧鐵礦物還原,便可製得淡水了。有了水,通電使水電解,得到的是氧氣和氫氣。氧氣經液化貯存,隨時可向基地居民供應。最初用作還原劑的氫可以從地球上運來,生產開始后電解水獲得的氫即可循環使用。據估計,190噸月球沙土含有15~16噸含氧鐵礦物,可製得1噸氧氣。而1年只需要生產1噸氧便可維持月球上10人生存的需要。

其次,人類要在月球自給自足系統中生活,還必須保證食物供應。近幾年來,科學家在太空站上進行了大量的生物實驗,先後培育出了100多種「太空植物」,其中包括小麥、玉米、燕麥、大豆、西紅柿、蘿蔔、捲心菜、甜菜等。而且證明在太空失重條件下,在月球土壤中植物種子發芽率更高,生長更快,開花或抽穗時間更早。科學家還對一些動物進行了試驗,證明失重狀態不會影響新生命的誕生。在太空站里,果蠅能像在地球上一樣交配、產卵、繁殖後代;蜜蜂會築巢,蜂王照樣生兒育女。送上飛船的60隻鵪鶉蛋,返回地面后仍能孵化出小鵪鶉。在飛船上擱置了59天的魚卵,回到地面全都順利地孵出了魚苗。哺乳動物也不例外,雌鼠、雄鼠放在籠子里送上太空,照樣合歡同居,雌鼠照樣受孕懷胎,回到地面后產下了第一代「太空鼠」。因而只要在月球上建立起月球農業和養殖業基地,月球上人的食物來源是有充分保障的。

第三是月球基地的能源供應更不成問題。因為月球上無風無雨,晴朗無陰,終日有陽光照射,而且沒有大氣吸收,太陽的輻射強度大約是地球上的1.5倍。因此,月球上完全可以利用太陽能來照明、供熱、採暖、發電。當然,必要時還可以在月球上建立核電站,以保證基地能源的充足供應。 

4 月球基地 -90年代月球基地計劃

90年代初,美國休斯敦航天中心負責人溫德爾·門德爾向白宮重提建設月球基地。科學家認為建立一個月球基地對支持在太空進一步大規模的開發是極重要的。在巴西的聖卡塔林島,美國科學家正在為開闢月球基地,進行類如「生物圈2號」的全封閉模擬實驗。門德爾計劃的第一階段從1997年開始,先發射人造衛星,為基地選擇最佳地點作勘測。第二階段從2005年開始,為施工階段,將向月球運送起重挖掘等基建機械,並用微波對地基進行硬化處理。第三階段為構件組裝,採用21根直徑6米,長18米的巨型管道,組成3個等邊六角形,六角形中用高壓充氣建立18米高的巨大圓艙,人員設備皆可容納在管道或圓艙中。第四階段開採利用月岩中氧、鋁、鐵、鈦、硅等資源,製取生活用氧,及擴建月球基地所需的金屬、玻璃等原材料。科學應用國際公司根據門德爾計劃第四階段作了相應的研究,其結果是令人樂觀的:一座重量為1噸的小型試驗型化工廠,在1年中可把10噸以上的月岩加工成氧、金屬和玻璃。

門德爾的整個計劃需耗資上千億美元,人類必須不間斷地努力100年才能完成。

5 月球基地 -美國未來月球基地

4名宇航員可呆半年

2006年12月,美國宇航局對外公布了「重返月球」計劃,其核心目標是2024年在月球上建立永久基地,月球南極有望成為選址地點。建成后的月球基地上將有探測車和生活區,能夠實現電力供應,保證宇航員在月球上長駐180天。以下就是《新科學家》雜誌公布的美國未來月球基地設計方案:

月球基地美國宇航局已審查十多個設計方案

 1.最終目標:4名宇航員在月球停留半年

美國宇航局已經審查了十多個在月球上建設人類居留地的不同設計方案。每個設計方案的最終目標都是能在無需補給任務的情況下,讓4名宇航員在月球上停留180天。這個基地由堅硬的圓柱形登月艙構成,每個都將放在月球登陸器的頂部,被送到月球表面。美國宇航局設想在把補給品送上月球,並實現每年執行兩次載人任務后,於2030年之前建成一個功能齊全的宇航員居留地。但是月球居留地至少要在最初幾年依靠太陽能電池板。太陽能電池板收集的一部分能量會被儲存起來,以備陽光無法利用的時候為該基地提供能量。

2.可利用核反應堆供能

在月球上的漫漫長夜,可利用核反應堆供能,如果居留地不是位於極地,月球之夜最長可持續大約14天。這些反應堆的功率為40千瓦,大約足以供30家普通美國家庭使用。反應堆上方的黑色面板是散熱器,可用來疏散過剩的熱量。為了防止宇航員受到反應堆傷害,這些東西都距離居留地有一段距離,而且周圍被成袋的月球土包圍。其他設計方案要求把核反應堆埋在月球地下。 

月球基地可利用核反應堆供能


3.美國宇航局希望設計一種加壓月球車 

為了探索月球表面,美國宇航局希望設計一種加壓月球車,它可當作移動月球居留地。宇航員利用它可在數周時間內持續探索月球表面,期間無需返回大本營。如果供應品補給站分佈在道路沿線,這些月球車或許可以離開大本營數百公里。

美國宇航局希望設計一種加壓月球車
美國宇航局希望設計一種加壓月球車



4.居留地和月球車將穿上「太空服」 

又粘又細的月球塵土可破壞保護層,它們可能是一大健康隱患。為了解決這個問題,美國宇航局正在考慮給居留地和月球車穿上「太空服」,這樣塵埃就無法進入居留地和月球車內部了。這兩件「太空服」是用來裝備加壓月球車的。宇航員從這種服裝的後面進入室內,然後利用月球車前去探索月面。

居留地和月球車將穿上「太空服」
居留地和月球車將穿上「太空服」



5.巨型六腿機器人可駝整個宇航員居留地 

月球車和推土機可能並不是唯一在月球表面移動的裝置。一種被稱作ATHLETE的巨型六腿機器人可以用背駝走整個宇航員居留地,它通過蹲伏姿勢,讓居留地的門靠近地面。

巨型六腿機器人可駝整個宇航員居留地
巨型六腿機器人可駝整個宇航員居留地



未來探索仍有不確定性

小布希總統宣布這項計劃后不久,美國宇航局確定實現重返月球這個目標的最好方法,是建設一個可以確保4名宇航員一次停留180天的居留地。現任總統奧巴馬在2009年初支持一項重返月球計劃,由於他已經下令擴大對美國宇航局的人類太空飛行計劃的審查範圍,這些計劃可能還會發生變動。這次審查預計將在8月底結束。
美國宇航局2010年的預算需求也會導致重返月球的時間表發生變動。德克薩斯州休斯頓美國宇航局約翰遜航天中心月表系統項目辦公室副主管馬修?倫納德(Matthew Leonard)說:「我們得到的人類重返月球計劃的預算開支無法維持到2020年。」儘管如此,該局仍在為實現這個目標而努力,打算在2021年把第一批宇航員送上月球,並通過把貨物送上月球,且每年實施兩次登月球任務,在月球上建立居留地。

6 月球基地 -建築形式

中國科學院院士、中國月球探測首席科學家歐陽自遠指出,建立月球基地是載人登月之後的展望,未來如果要建的話,他建議借鑒延安窯洞,在山上打洞后裡面建立維持生命系統。

假如學延安在山裡打很大的窯洞,輻射可以屏蔽,「窯洞」就是很好很完美的地下室,可以有更大的空間在裡面製造大氣環境、建立生命保障系統等,而且不需要把很多東西運到月球去。如果從「窯洞」出來,就需要穿宇航服了,否則將無法生存。

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