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如何建造月球基地?

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发表于 2016-5-7 00:41:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
如何建造月球基地?欧洲空间局不久前表示,一个永久性的“月球站”有可能取代国际空间站。现在,就让我们来看一看目前有关第一个月球基地的比较可行的设想。
1972年12月,当时离开月面的美国“阿波罗17号”飞船,宣告为期3年的载人登陆月球、进行出舱探索的大胆冒险降下帷幕。在此期间,共有12名地球人在月球尘土中留下了自己具有历史意义的足印。但在此之后40多年里,月球这个距离地球最近的邻居再也未被人类亲身接触过,只有从地球发射的机器人任务——探测器探索过这颗地球卫星。但根据美国宇航局和欧洲空间局(简称欧空局)的最新计划,这个现状很快就可能被打破。欧空局新任局长沃纳最近表示,该局希望在月球上建立一个地球村——地球人在月面的基地。美国和俄罗斯等国也表示有类似的打算。如此看来,我们是否已经进入了人类在月面永久性存在的时代?


建造月球基地
①月球南极在一天内90%的时间里都有光照,这让它成为月球基地是目前看来的最佳选址

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②月球登陆器把居住舱送至月球

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③居住舱释放膨胀圆顶,为月球基地提供建筑构架
④采用月球土壤、通过3D打印出的墙壁块
⑤每个像这样的结构,都需要3个月时间才能完成


第一阶段 到达


首先需要指出的一点是:在航天活动中,发射重量越轻越好。把区区1千克材料发射到太空(还不说发射到月球轨道及让它登陆月球),花费至少是1万美元。难怪热衷于载人月面探索的科学家当中,眼下流行的一个最热门理念就是——“就地取材”。换句话说,就是采用月面上存在的材料,尽可能降低月球基地任务的成本。因此,月球资源将决定月球基地的选址。




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这台3D打印机一层一层地“打印”材料

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这块重达1.5吨的建筑材料,是通过3D打印得到的


沃纳的理念是,在月球远端(或称月球背面,指一直背对地球的月球半面)建造月球基地。很多科学家也认为,月球背面是月球基地的最佳选址。在那里安装望远镜当然不错,但缺点是需要一系列中转卫星来保持月球背面与地球之间的联络——这是一个很重要的心理因素,因为不能让在月球背面工作的宇航员(这是西方国家的称呼,俄罗斯和中国称“航天员”)感到与世隔绝。此外,如果纯粹出于对资源利用的考虑,那么靠近月球南极的地方或许是较好的选址,因为那儿有大量水冰和其他矿物质。俄罗斯目前正在考虑把月球南极地区的马拉博特山作为月球基地的选址。


月球南极的另一个优势是气候。月球是个与地球迥然不同的地方,月球自转一圈要花接近1个月时间。在月面上的大多数区域,每个夜晚要持续大约两星期。然而,月球南极的一些区域却几乎一直被照亮,与地球北极的夏季情况很相似。这意味着这些区域没有大的温度变化,因而能让架设在那里的太阳能电池板吸收充足的阳光,为月球基地提供电力。
如果一开始就建造人类月球基地,风险也许过大。那么,可不可以先建造机器人月球基地?日本航天机构正在作这种打算。他们希望到2020年时能在月面建立一个机器人基地,用机器采集最远为距离基地97千米外的月球样本,把样本送回基地,再用火箭发射回地球。


第二阶段 建设


3D打印技术的出现,有可能促进月球基地的建造。2014年年底,一个套筒扳手的设计蓝图被电邮给国际空间站上的宇航员,他们使用自己的3D打印机创制出这件器具。科学家们对于在月球基地使用类似技术充满期待。欧空局正在向美国建筑设计巨头“福斯特伙伴”咨询采用月球土壤作原材料、通过3D打印在月面建设大型基础设施的可行性。科学家已经证明,作为一种非常有效率的工具,3D打印能够处理月面的疏松材料。


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月球基地设计效果图


是否能收集足够的月球土壤,并且把它送进3D打印设备?这一点尚待观察。科学家警告说,有必要先发送机器人到月球,确保3D打印系统能在月面的低重力环境下运作。如果能成功,一旦出现紧急情况,就能在地球上设计好一台月球基地需要的重要设备,把设计方案发送到月球,几小时内就能在月面把它变成一台设备并投入使用。与之相比,如果用火箭把这台设备从地球发射到月球,恐怕得花几天时间,而且花费相对也很大。


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1 由3D打印的保护盾,保障月球基地居民不受辐射等侵害  2 充压居住区域能让4人居住   3 这处设施为月球基地提供日光照明   4 初始舱充当气闸舱和技术支持舱,其中装备有通信等多种设备

在由“福斯特伙伴”设计的理念中,原材料被3D打印成一种轻质量可膨胀架构。而美国私人航天巨擘比齐洛公司建议采用小型独立膨胀舱,该公司目前已开始与美国宇航局进行这方面合作。美国的第一座膨胀型月球基地有可能在2025年到位。俄罗斯的马拉博特山“定居”计划也由一家私营公司承头,该公司认为建造月球基地的技术目前还不成熟,但有可能在5年后成熟。为了建造一个月球基地,将需要进行50次火箭发射,总费用高达近100亿美元。这可能成为制约月球基地建造的一个重要因素。


月球数据

1.6米/秒2 月球引力加速度
3474.8千米 月球直径
-53℃ 月球赤道平均温度
12人 曾经到过月面的人数
3.8厘米 月球每年增加的与地球之间距离
59% 从地球上能看见的月面占比
45.3亿年 月球年龄
第5位 按照从大到小顺序,月球在太阳
系卫星中的排名


第三阶段 居住


3D打印技术的出现,有可能促进月球基地的建造。2014年年底,一个套筒扳手的设计蓝图被电邮给国际空间站上的宇航员,他们使用自己的3D打印机创制出这件器具。科学家们对于在月球基地使用类似技术充满期待。欧空局正在向美国建筑设计巨头“福斯特伙伴”咨询采用月球土壤作原材料、通过3D打印在月面建设大型基础设施的可行性。科学家已经证明,作为一种非常有效率的工具,3D打印能够处理月面的疏松材料。


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月球基地剖面图


是否能收集足够的月球土壤,并且把它送进3D打印设备?这一点尚待观察。科学家警告说,有必要先发送机器人到月球,确保3D打印系统能在月面的低重力环境下运作。如果能成功,一旦出现紧急情况,就能在地球上设计好一台月球基地需要的重要设备,把设计方案发送到月球,几小时内就能在月面把它变成一台设备并投入使用。与之相比,如果用火箭把这台设备从地球发射到月球,恐怕得花几天时间,而且花费相对也很大。

在由“福斯特伙伴”设计的理念中,原材料被3D打印成一种轻质量可膨胀架构。而美国私人航天巨擘比齐洛公司建议采用小型独立膨胀舱,该公司目前已开始与美国宇航局进行这方面合作。美国的第一座膨胀型月球基地有可能在2025年到位。俄罗斯的马拉博特山“定居”计划也由一家私营公司承头,该公司认为建造月球基地的技术目前还不成熟,但有可能在5年后成熟。为了建造一个月球基地,将需要进行50次火箭发射,总费用高达近100亿美元。这可能成为制约月球基地建造的一个重要因素。

说到建造月球基地的难点之一,那就是月球环境对地球人造成的一系列生理问题。人类早已习惯了在地球上的生活,而不是在距离地球40.2万千米外的一堆光秃秃的岩石——月球上生活。我们还得测试改变的重力对我们的生理造成的影响。零重力会对人体造成非常严重的破坏,包括肌肉退化和骨架去矿物化等。月面重力只有地球上的1/6,在此情况下人类身体还能否保持健康?科学家对此并不清楚。


另一个重要挑战是辐射。地球有大气层和磁场。这两者都像是巨大的安全毯,保护我们不受太阳粒子和基本上都来自于银河系的宇宙射线的侵害。在月球上,由于缺乏这类天然防护,地球人就不得不想办法让自己避开这类危险。否则,这些辐射会穿透人的皮肤,影响人的DNA,从而造成辐射病、白内障和急剧增高的癌症风险。
在月球上,辐射盾牌的厚度需要达到几米。为此,要把居住舱埋进由月球土壤制造的防护材料中。之所以保护盾的厚度要达到几米,是因为这样才能确保辐射在进入居住舱之前就被全部吸收。人类在月球上生活的其他必需材料是水、氧气和食物。幸运的是,氧可以通过融化月球上部分区域存在的水冰和分解水得到。食物则很可能将通过温室栽培新鲜蔬果提供。科学家相信,在地球之外栽培蔬果的重要性远不止在于维持生命。例如,在地球南极,哪怕就像栽培番茄这么简单的事,也被证明非常有助于保持人的理智。

这样的心理学因素无疑很重要。第一座月球基地的居民数量很可能会很少。俄罗斯的计划是开始为2人,然后提高到4人。在充压、拥挤和外星环境(月球基地正是这样一个环境)中工作,会对地球人的心智造成很大的考验。我们可以从以往的实验中得到经验,例如往返国际空间站之旅和“火星500”实验。在“火星500”实验中,数名志愿者被隔离、锁闭,模拟火星飞船内的生活场景。试想:火星之旅单程需时就达半年左右,这么长的时间里,飞船上就那么几个人,在此期间不出问题(例如健康问题、心理问题和设备问题)几乎不可能,那么,要是出现问题怎么办?所以,在这类旅程实际展开之前,必须调研这类问题,并找到应对办法。


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想象你的月面生活第一天。欢迎来到克拉维斯基地!在基地进入舱卸下你的行囊,让一位科幻作家向你作介绍吧。


月面生活第一天


现在我给你两条建议。第一条是:当心头顶!你是不是以为自己将进入豪华月宫?忘了这个吧。正如你在这里看到的,这里十分狭小,每个表面都因为放置的设备而显得凌乱,只要有空间的地方都塞满个人物品。每一立方米的起居空间都必须人工建造,始终保持充满经过处理的空气,免遭辐射侵入。对,这里有点像国际空间站,只不过是建在月球表面的“空间站”。
我给你的第二条建议是:别担心着火的气味。那是月球尘埃在空气中氧化。月球尘埃极其细小,不管我们怎样防范它们,它们都会通过气闸和过滤器进入基地。它们对管道和人的皮肤都有腐蚀性,还会进入皮肤上的微孔。你得习惯它们。

没错,你醒来后的大部分时间都很可能在这里度过:保健中心。整个基地实际上就是某种实验设施。我们不知道人体会对月球的低重力作何反应,因此我们都是“实验鼠”,我们要对这个问题给出数据。我希望你不害怕打针什么的。我看见了你肩上的红色徽章。你真幸运!瞧,我的肩上是蓝色徽章:我每天得在离心机上花几个小时,被旋转到地球引力水准。戴灰色徽章的人无需旋转,因此他们的骨骼承受的只是月球引力。不过,你们这些戴红色徽章的人要被轻微旋转至地球引力的1/3水准,这正是火星引力水平。你或许会问:为什么要在月球上进行这样的实验?那是因为在地球上无法很好地进行这类实验。

蓝色门的背后是什么?别急,我稍后会告诉你。看这里,这儿是基地的气闸之一,还有一扇瞭望窗。外面的天空是黑色的,月球表面是褐色的。地平线上是机器人采矿机,它挖掘月球土壤以提取稀有同位素,它们为地球提供聚变燃料。那个有点像石油钻塔的装置,是平放在月面上的太阳能电池板:我们在月球基地所需的大多数能量,都将来自太阳。不管你在基地的职责是什么,你都会花大量时间待在那儿。工作非常单调,我想你很快就会有点不耐烦。我们得维护这些设备,它们还未聪明到自己控制自己的程度。在基地内外,我们也有体育比赛和探险活动。我已经报名参加明年的月球南极远征。没准儿你也会参加。

这里的风景看起来不怎么样。毕竟这里是月球背面,白天天空中只有太阳。但到了晚上,月夜会让你看见深空。第二名站上月球的人——美国宇航员巴兹·奥尔德林曾经说过:“银河系中一定充满了像月球一样的小小岩石世界,人类或许能学会在这样的天体上生存,那么我们最终就能在宇宙中任何地方生存。”那时,无论我们到哪里,人们都会看见像月夜一样的夜空。这是否让你浮想联翩?

对了。我们的基地里有水耕舱。我们会在这里花很多时间,种植蔬菜和水果等。盆栽是一种很受欢迎的爱好,但在月球基地中它成了一种生命支持手段。这里还有商店和宿舍。现在,我们回到基地进入舱。虽然它的空间不大,但你很快就会习惯的。
或许,我们很快就会需要更大空间。现在去医疗舱看看。听,蓝色门的背后是什么声音?我的朋友,那是月球诞生40多亿年来首次传出的声音,也是对地球人来说全新的声音。我们无比自豪,因为它证明了我们在外星上的存在——没错,它就是新生儿的啼哭声!


第四阶段探索


建立月球基地的科学吸引力也很明显。由“阿波罗号”宇航员送回地球的月球样本,为科学家了解月球内部机制提供了宝贵资源。但这样的认识仍然有限,因为只有来自很少几个月面地点、数量也很少的材料被送回地球。而让一组人长时间生活在月球上,当然会大大促进我们对月球的了解。一个很好的对比是,在南极洲建立的永久性人类基地大大提高了我们对南极洲的探测效率。如果只是定期或不定期发射机器人探测器探索南极洲,则肯定不可能有这么好的效果。

更有趣的是,月面定居点有可能扩展地球人对太阳系以外很远地方的了解。长期以来,月球一直被认为是架设太空望远镜望向宇宙深空的绝佳地点。把光学望远镜架设在月球上,能让我们以前所未有的精度窥探银河系中心。把射电望远镜架设在月球上,它就能避开日益增多的现代文明的背景噪声影响。我们之所以要把望远镜架设在地球高山上,也是出于这个理由。
月面望远镜(图中红色箭头所指)

因为月球上有许多未经探索、利用的资源,所以为了节省成本,不论是欧美还是俄罗斯的第一个月球基地,都将很可能不是由政府主导,而是由私营企业和政府机构合作进行的。美国宇航局最近一项研究显示,这样的合作甚至可能使任务成本削减90%。
着眼于永久性的火星定居点,月球将成为测试这方面新技术的绝佳场所。与火星相比,月球安全得多:一旦发生紧急问题,从月球返回地球最多只需几天时间,与从火星返回地球所需时间——几个月相比要短得多。当然,把紧急物资从地球发到月球也快得多。


发表于 2016-5-28 22:10:41 | 显示全部楼层
希望不久的将来能够实现
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