『月宮』之夢

□張祥根

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『月宮』之夢

□張祥根

仰望夜空，人類一直夢想著登上月球，優(yōu)美的神話故事“嫦娥奔月”就寄托著我們祖先對登月的憧憬。進入21世紀(jì)，世界航天大國紛紛掀起新一輪探月高潮。2004年，中國探月工程經(jīng)過10年的醞釀，最終確定中國的探月工程分為“繞”“落”“回”3個階段。從2007年起我國先后發(fā)射了“嫦娥一號”與“嫦娥二號”探月衛(wèi)星，對月球表面環(huán)境、地貌、地形、地質(zhì)構(gòu)造與物理場進行探測。

2013年12月15日，“嫦娥三號”著陸器、巡視器順利完成互拍成像，標(biāo)志我國探月工程二期取得圓滿成功，為下一步載人登月探測、建立月球前哨站的選址提供數(shù)據(jù)資料。除了中國，美國、俄羅斯、歐洲空間局、日本、印度等也相繼提出新的探月計劃，目標(biāo)是使人類重返月球，建立類似中國神話中的廣寒宮那樣的月球基地，實現(xiàn)人類在月球長期居住的偉大夢想。如果要實現(xiàn)這一偉大夢想，我們需要解決哪些問題呢?

1.如何保障人類生存所需的氧氣、水和食物

在月球上長期居住首要的問題是月球上缺乏人們生存必需的資源。月球上沒有氧氣，那么是否可以利用月球上的土壤、巖石制造氧氣呢?這聽起來有些不可思議，但從理論上講是可行的。月巖主要是由硅氧化合物和其他礦物構(gòu)成，理論上是可用于提取氧原子并制造氧氣的。目前，美國科學(xué)家已經(jīng)用特殊的方法讓含氧的土壤或巖石分解，成功釋放出氧氣。

2009年，科學(xué)家在月球發(fā)現(xiàn)了有水的確切證據(jù)。月球兩極可能存有1100萬至3.3億噸的水冰，可以滿足人類在月球上的生存需要。如果把水分解成氧和氫，還可以為火箭提供燃料。

大量太空實驗證明，小麥、大麥、玉米、西紅柿等作物完全可以在太空環(huán)境中生長，俄羅斯在“和平”號空間站上成功地孵化出了鵪鶉，我國成功完成了第三代受控生態(tài)生保系統(tǒng)集成試驗……這些都為未來建立月球基地，實現(xiàn)生命保障自給自足邁出了第一步。

2.怎樣解決能源供應(yīng)與交通問題

人類遷移到別的星體，必須有大量的、不間斷的能源供應(yīng)。目前，我們已知的太空能源主要有兩個來源：核能和太陽能。將月球建設(shè)成一個能源基地，不但能為人類的月球基地提供動力，還可以為地球人謀福利。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在月球表層浮土混合物存在大量的氦-3。如果在月球上建造一個大型核電站，發(fā)出的巨大電力除供月球基地使用外，還可通過激光或微波輸送到位于近地軌道上的能量中繼衛(wèi)星，再傳送給地球接收站，讓全世界都可以共享。遺憾的是，至今人類還沒有掌握把氦-3轉(zhuǎn)變成能量的方法。

使用太陽能相對簡單，建設(shè)月球太陽能基地是可行的方案。科學(xué)家設(shè)想，月球太陽能基地可成對地建造在月球的正面和反面，位于月球赤道附近。每個基地建設(shè)成千上萬個大型光電池陣，由光電池陣把太陽能轉(zhuǎn)換成電能。

月面交通可采用太陽能月球車，它是人類近距離交通和貨物裝卸的主要工具。地下各居住區(qū)的聯(lián)系，首選地下軌道交通，既可保持適當(dāng)恒定溫度，又可防止太陽粒子輻射和月球土壤粒子的污染。

3.月球基地應(yīng)該建在哪里

美國國家航空航天局重返月球計劃的核心目標(biāo)是在月球上建立永久基地，最終的月球永久基地將可以保障航天員在月球上連續(xù)居住180天。然而，月球有一些使人類難以在它上面生活工作的環(huán)境特征，包括真空，極端冷熱，輻射和資源難以利用等。

不過，月球也有一些“與人為善”的優(yōu)點：月球上有近半的地區(qū)總“對著”地球，而且位置和距離基本不變，為通信提供極大的便利；月球整個表面都沒有水，植被或灰暗大氣的遮擋，一目了然；與地球上情況不同，物體不會生銹、不會腐爛、不會燃燒、人類不用擔(dān)心風(fēng)霜雪雨和蚊叮蟲咬；月球上沒有風(fēng)，有我們在地球上體會不到的恒久性，把一個物體放到月面上，它將靜靜地躺在那里，既不會慢慢飄走，也不會掉轉(zhuǎn)方向。

建立月球基地的地點可選在月球南極和北極。南極可能更適宜建基地，那里氣溫較合適、日照時間較長（占全天3/4），為利用太陽能發(fā)電提供了有利條件。另外，南極附近有可能找到人類生存所需的冰、氫氣和其他礦產(chǎn)資源。

4.怎樣建設(shè)月球居住艙

關(guān)于居住艙的建筑材料，有人已提出利用月球土壤和巖石制造玻璃、鋼鐵、鋁等建筑材料。科學(xué)家提出了一個采礦方案，先把自動化機械設(shè)備送上月球，其中包括一臺小型電磁采礦設(shè)備、一臺提煉硅的設(shè)備、一臺把硅制造成太陽能電池的設(shè)備和一臺能生產(chǎn)更多上述自動化設(shè)備的“母機”。這樣可以利用月球上的資源制造出第二代、第三代機械，擴大再生產(chǎn)。

在月球上，對人類生存構(gòu)成威脅的主要是恒星輻射、真空、沙塵環(huán)境等。建造月球居住艙時，可采用兩種方法來抵擋太陽輻射：一是房屋建造得足夠高大、厚實；二是深入到月球內(nèi)部幾米處建造。居住艙上部建成半球形充氣式風(fēng)動結(jié)構(gòu)，保證它的氣密性，能承受紫外線，表面鍍上鋁和鈦層，居住艙下部深埋入地下，保持溫度恒定，保證航天員安全。把居住艙建在溶洞內(nèi)是一種比較有效的措施和辦法。

近年來，人們對人類重返月球的呼聲越來越高，甚至做好了長期駐留月球的準(zhǔn)備。如果這樣，今后的月球之行將需要更多的后勤保障，如需要有近地軌道上的空間站、軌道轉(zhuǎn)移飛行器和登月器等的支援。更有人夢想把月球建設(shè)成為地球的“第八大洲”，未來月球城市將有望出現(xiàn)在世人面前。

5.月球基地究竟什么樣

世界各國的科學(xué)家對月球基地提出了不同方案，但是這些方案也有一些共同點：月球城建在一個密閉空間里，里面的環(huán)境與地球的自然環(huán)境類似，月球城的外罩十分堅固，足以抵御流星、隕石等襲擊；為保持城內(nèi)的溫度適宜，外罩具有吸收和反射部分陽光的能力。

初級月球基地由6個居住艙組成，可容納6名航天員。單個居住艙呈大圓筒形，長10米，直徑4.5米，兩個居住艙前后相接，形成一組，共組成3個組，排成一排，借助居住艙下部的支架安放在月面上。居住艙的頂部用一層厚厚的月球土壤覆蓋，阻止宇宙射線的照射。這3組居住艙中一組作為航天員生活起居用，一組作為月球?qū)嶒炇遥€有一組作為后勤保障。后期將覆蓋層和頂篷改用混凝土制作，將大圓筒式的金屬居住艙改成充氣式結(jié)構(gòu)，居住艙大小和形狀取決于混凝土結(jié)構(gòu)下面所留的空間。

高級月球基地可容納12名航天員，包括飛船的著陸和起飛設(shè)備、太陽能發(fā)電站、月球開礦設(shè)備、居住艙和實驗室、核電站和月球天文臺。居住艙和實驗室是一種由5層結(jié)構(gòu)組成的復(fù)合體，第一層在月面上，其余4層在月面下。第一層為出艙活動設(shè)備層，由兩部分組成，里面包括氣閘艙以及月球服的維修、保養(yǎng)和儲存設(shè)備。這層頂部覆蓋有防輻射月球土壤。第二層是一個豎井狀通道，上連接第一層，下連接第三層，豎井中安裝有電梯，供人員進出各層使用。第三、第四層安裝在月球溶洞內(nèi)，兩層緊連在一起，是人員居住艙和實驗室。這兩層開始是充氣式結(jié)構(gòu)，最終可成為永久性結(jié)構(gòu)。第五層是最底層，主要用于安裝基地的環(huán)控生保系統(tǒng)和其他設(shè)備。

人類對月球的開發(fā)和利用需要分步驟完成，先建立臨時性的初級基地，再逐步建設(shè)永久性的高級基地，最后建成月球移民區(qū)。一些建設(shè)者將長期在月球上生活和工作，他們當(dāng)中有少數(shù)人可能就在月球上安家落戶。

不管人類對月球的未來有何種期待，何種夢想，都需要用行動去付諸實施。讓我們期待著，有那么一天，月球能夠成為我們?nèi)祟惖牧硪粋€家園。

（摘自《科學(xué)畫報》2014年第1期）