蘇聯時期的月球站狂想曲

文/ 遲惑

▲ 俄羅斯近年來提出的月球基地新設想

2021年4月23日，中國國家航天局和俄羅斯國家航天集團公司聯合主辦的國際月球科研站宣介會在南京召開。會議期間雙方發布了《中國國家航天局和俄羅斯國家航天集團公司關于合作建設國際月球科研站的聯合聲明》。聲明中明確，國際月球科研站將面向所有感興趣的國家、國際組織和國際伙伴開放，在國際月球科研站的規劃、論證、設計、研制、實施、運營等方面開展合作，并歡迎在項目的各個階段，在任務的各個層級，以實物和非實物的形式參與國際月球科研站合作。

此前，2020年7月，中國和俄羅斯兩國航天機構確定了國際月球科研站的合作；2021年3月，中俄兩國政府簽署了《關于合作建設國際月球科研站的諒解備忘錄》，啟動國際月球科研站的合作。根據中俄兩國計劃，后續還將發布《國際月球科研站實施路線圖》，以及明確其他有興趣國家或國際組織的加入程序。

多年來，月球科研站的概念一直停留在各國航天計劃的紙面上，但隨著中俄合作的展開，這一切終將成為現實。那么，在月球上建設科研站有什么意義？各國都有過哪些關于建設月球基地的設想和方案？本期特制作“月球基地專題”，帶你一探究竟。

▲ 俄羅斯國家航天集團公司給出的2030年中俄聯合月球站構想

在月亮上搞個基地，這是在神話故事中出現過的場景。中國古代神話中有嫦娥居住的廣寒宮，希臘神話中有主管月亮的塞勒涅。

但是人類認真考慮如何登月的問題，是到伽利略發明望遠鏡并且建立現代科學體系之后。諸多數學家和天文學家通過一代一代的持續努力，終于真正摸清了月球的尺寸和運行規律。到1638年，一位名叫約翰·威爾金斯的主教（Bishop John Wilkins）寫了一篇關于新世界和另一顆行星的論述，他在其中預言了人類在月球上的殖民地。人類航天之父、俄羅斯科學家康斯坦丁·齊奧科夫斯基等人也提出了建立月球基地的想法。

在蘇聯時期，科學家們對載人月球站有著極高的熱情。那個時候的設計師們似乎認為，自己只要想到，就能做到。

星辰號圖紙問世

美蘇登月競賽啟動之后，科羅廖夫和切洛梅展開了激烈的競爭。不過科羅廖夫畢竟擁有更多的人脈和資源，所以他的計劃也更加龐大，除了登月飛船，還考慮了長期月球基地。其中充滿了奇思妙想和巨大腦洞。然而，隨著科羅廖夫的去世和N-1火箭的失敗，這些計劃在圖紙上停留了幾十年。中俄聯合月球科考站的推進，會不會讓天才的夢想再次閃耀呢？

1962年，科羅廖夫在N-1計劃草案中提及了“建立月球基地和地球與月球之間的定期交通”。那么，月球基地應該是什么樣呢？有一次，科羅廖夫與蘇聯特種機器制造設計局的總設計師弗拉基米爾·巴甫洛維奇·巴敏一起喝茶，非正式地向他提出了這個問題。巴敏對這件事表現出了巨大的興趣。但怎么才能在月球上建立這樣一個基地呢？

“你只管設計！”科羅廖夫向他保證，“我來想辦法，把它弄到月亮上。”

于是，這個月球基地在科羅廖夫的OKB-1設計局獲得了“長期月球基地”（DLB）的名號，綽號“星辰”。如今的國際空間站上也有一個俄羅斯艙段叫做“星辰”，或許是在向DLB致敬吧。按照科羅廖夫的考慮，如果以后需要登上其他行星，也考慮通過使用DLB來建設基地。蘇聯特種機器制造設計局在研究當中確定了DLB的用途、建設原則、部署階段以及科學和支持設備的組成。因為腦洞太大，所以從事這個項目的設計師們都被稱為“瘋子”。

按照設計，先用蘇聯拉沃奇金設計局設計的無人飛船對月球基地選址進行初步勘測。飛船用月球土壤取芯鉆獲取土壤樣本，送回地球進行分析，并使用月球車進行現場勘測。如果勘查結果令人滿意，就在當地設置無線電信標，引導后續艙段精確著陸。

▲ 蘇聯科學家在討論星辰號內部結構

▲ 蘇聯星辰號月球基地想象圖

▲ 星辰號月球基地的機庫想象圖

第二步，就是發射載人月球車登陸。按照蘇聯的文化習俗，載人月球車用什么做動力呢？當然是核反應堆了！而且蘇聯核動力月球車將采用鉸接式構型，運載著航天員在月球表面長途跋涉。在月球車的外面，是巖芯取樣器和操縱器。航天員可以在加壓駕駛室內采集表面樣本，不需要穿上航天服踏上月球表面。即使在當時，蘇聯也已經把目標瞄準了月球表面的氦-3，準備在月球上建立核電站。

巴敏設計的完成版月球基地是個宏大建筑。它包括9個艙段：指揮艙、實驗室/倉庫艙、車間艙、中央節點艙、醫療/健身房艙、帶餐廳的廚房艙和3個生活艙。在這個大型基地里，將有9名航天員常駐。和“比格羅”的充氣式太空艙不同的是，巴敏的這9個艙是半充氣結構，只能在縱向伸縮。在太空飛行和月球表面運輸期間，這些艙段的直徑控制在4.5米，運輸到位展開后，充氣伸展到8.6米長，艙內使用面積22.2平方米。

這些艙段不僅僅是待在圖紙上而已，其中一個艙的原型于1967年在蘇聯生物醫學科學研究所進行了為期一年的封閉循環生活實驗。這項實驗帶來了一個讓人意想不到的結論?？茖W家們決定，在每個艙段上都安裝一個假窗口，里面裝一臺電視機，用來顯示地球上的鄉村場景，而且還可以隨著莫斯科的季節而變化。不但如此，健身艙里的自行車上還有一臺同步電影放映機，航天員可以騎車“離開”莫斯科，也可以“返回”莫斯科?？茖W家們認為，這些心理措施對維持航天員的心理健康很重要。

到1971年，星辰號月球基地的設計基本完成，雖然此時科羅廖夫已經去世，但米申繼承了他的衣缽。于是，巴敏決定向蘇共中央負責軍事與航天事務的烏斯季諾夫部長進行匯報。巴敏帶來了兩個“瘋子”設計師亞歷山大·葉戈羅夫和弗拉基米爾·葉利塞耶夫。他們開了一場馬拉松式的會議，在整整6個小時內，設計師們做了9次陳述。最后，烏斯季諾夫同意月球基地的研究工作繼續推進。

蘇聯還專門為月球探索設計了一套月球服，被稱為“金隼”。它與阿波羅航天服有幾個不同之處：生命支持裝置背包做成一扇門，鉸接在航天服后背上，航天員從這里出入；手臂和腿部分是柔性的，但軀干部分是半剛性的；不使用時胸部的控制面板可折疊起來；靴子由柔軟的皮革制成。與阿波羅任務一樣，“金隼”的頭盔也有一個鍍金的外遮陽板，以防止陽光直射。

自己鉆進土里的月球站

大家是不是以為關于蘇聯月球基地的腦洞到此為止了呢？

答案是，還沒有！既然是月球基地，就必須有一大片固定設施。我們在前面提到了9人制月球基地的想法，但暴露在月球表面的艙段會受到太陽風的持續沖擊，不能長久。要想建立永久性月球基地，必須向下挖掘，把居住艙埋進土壤里，讓月壤來充當月球基地的防輻射屏障，保證人類長期生存。

于是蘇聯工程師們進一步考慮，向月球發射兩臺月球車和一個10米長的居住艙。居住艙內部分為兩層，可容納3至6人。飛船上攜帶的初始補給和物資將維持3名航天員至少3個月的生活。

根據1967年4月20日登陸月球的美國勘測者-3號探測器的數據，蘇聯工程師認為月球土壤可能和軟沙差不多，因此可以直接用來屏蔽輻射。他們計劃用一輛月球車當推土機，把居住艙的下半部掩埋起來。另一輛月球車上裝有特制的拋沙器，揚起月球表面的塵土把居住艙的上面也覆蓋住。然后用一個可展開的網箱來保持月壤不會滑落。

假如美國人的數據不可靠，著陸地點的表面比較堅硬，那么蘇聯工程師就要采用另一種方案。在月球車上裝備一種特制的切割工具，直接從月壤中切割出一塊又一塊的方形土石，像磚塊一樣，在居住艙周圍建造一道防護墻。居住艙直接放進挖磚過程中形成的坑，坑和墻相結合就成了一種近似于“地窩子”的結果，有效抵擋宇宙射線和太陽風?，F在，最大的腦洞來了。既然地窩子這么好，有沒有更好的辦法來實現？蘇聯工程師提出了一種自行式、自掩埋的居住艙。這個長6米、寬3.6米的圓筒配備齊全，最多可供6名航天員在里面工作。這個居住艙將和一輛自行式四輪拖車一起降落在月球，從著陸平臺上卸下、抵達月球表面平坦地形后，拖車就帶著它，以每小時6千米的速度開始穿越月球表面，尋找土壤足夠軟的地方“自葬”。

一旦發現恰當的地形，拖車就把居住艙架設到一套滑軌上。然后啟動電動旋轉機構，讓居住艙繞著自己的軸線旋轉起來。在居住艙外面，是呈螺旋狀排列的刀片。刀片會依次切入月壤，把它拋出到外面。隨著刨土的進程，居住艙會沿著軌道，在重力作用下逐漸下沉到自己挖的坑里。一旦到達正確的深度，航天員就要小心地確保艙頂朝上停止旋轉。然后，一個伸縮氣閘從艙內延伸出來，為航天員提供進入艙內的通道。設計人員估計，這個艙段需要大約4.3小時才能把自己完全埋進月球表面。

▲ 蘇聯自埋式月球基地工作原理

燒火箭燃料的月球內燃機

如果這個月球基地屬于腦洞大開，那么其中的月球車就更是叫人佩服蘇聯工程師的無邊創造力。這種月球車的正式名稱是“多用途月球工程”，縮寫為LIM。這輛核動力載人月球車重達3噸，可以用來承擔挖土、勘測、貨物運輸等任務，它還兼作起重機和移動式鉆機。駕駛艙兩側各裝有一臺遙控起重機和鉆機，還配備了車燈、電視攝像機和窗戶。

▲ 蘇聯月球工程車想象圖

那么，這輛月球車一定是電動的了？當然不是。上世紀六七十年代的蓄電池哪有足夠的電力支持土工機械作業呢？那么是核動力的？更不是了。3噸的小身板是扛不動一個反應堆再加上屏蔽設施的，這輛車用的是內燃機動力。

看到這里，讀者的腦海里可能馬上蹦出3個字：“不可能”。月球上沒有氧氣，用什么來供應內燃機工作？蘇聯工程師的腦洞就在這里，既然要通過管道為內燃機提供燃油，那么同樣用管道來提供氧化劑不就行了嗎，何必非要從外界吸進來呢？于是，蘇聯開發了一種四缸內燃機，它燒的既不是汽油也不是柴油，而是火箭推進劑。為了方便從地球運到月球，具體燃料選擇正是偏二甲肼和四氧化二氮。這兩種燃料在內燃機的氣缸里一混合，就會自己燃燒起來，產生燃氣推動活塞，進而驅動曲軸轉動，廢氣可以通過一個真空閥排泄出去。一臺發動機足以驅動車輛，當遇到困難地形時，它還可以啟動全輪驅動。

▲ 蘇聯月球工程車和航天員的對比

這輛四四方方方的月球車還計劃配套兩個自行式平臺，每個平臺上有獨立的推進劑罐和一對由傳動系統連接的輪子，這樣每個平臺就可以獨立適應地形變化。前平臺將配備機械臂和犁，而后平臺設置一個加壓艙，里面可以容納一名未穿航天服的駕駛員。在緊急情況下，這個艙里還能再擠進去一個人。另外，航天員可以從月球基地內遙控月球車，甚至地球上的控制中心也可以這樣做。

然而N-1火箭最終失敗，并且在1974年5月被取消，使得蘇聯的月球基地的計劃停留在了紙面上。即使N-1火箭成功，以1997年的價格計算，“星辰”月球基地造價高達800億美元，以當時蘇聯經濟的經濟狀況，也未必能支撐這個項目的成本。

▲ “月球-25”著陸器

重振旗鼓的“月球-25”

俄羅斯并不僅僅只是等著和中國的合作，他們自己也在重新啟動月球探測工程。有意思的是，新一輪的月球探測器型號不但繼續由蘇聯時代的老設計局承擔，還延續了蘇聯時代的編號。2020年8月初，俄羅斯國家航天集團公司宣布，正在研制月球-25著陸器，有關的科學儀器已經從俄羅斯科學院空間研究所（IKI）交付給拉沃契金科研生產聯合體，計劃在2021年10月發射。

俄羅斯國家航天集團公司在當時的聲明中說：“‘月球-25’意味著俄羅斯長期月球計劃的開始，包括進入月球軌道、登月，從月球表面采樣和返回地球，以及建設探月基地、在月球上展開全面建設?！?/p>

對于“月球-25”計劃，歐空局也異常激動。歐空局人類和機器人探索主管大衛·帕克說：“我們都在等待俄羅斯重新啟動月球探測計劃?！彼硎?，“月球-25”上裝有8種俄羅斯自己研制的科學儀器，著陸到月球南極之后，將探索和評估當地的水冰情況，為將來多國聯合探索創造條件。歐空局在“月球-25”上搭載了一個叫做“領航員D”的小型相機，它的目標是驗證技術，為后續精密著陸和避撞相機的研制提供基礎條件。而后一種相機的服務對象，是俄羅斯正在研制、打算在2024年發射的“月球-27”著陸器?！霸虑?27”還將攜帶歐空局的“前景”鉆探機和一個微型實驗室，它們將和另一臺俄羅斯儀器協作，在月球表面尋找水冰和其他化學物質。

為什么有關人士如此看重“月球-25”？這是因為上一次編號“月球”的任務，也就是“月球-24”，還是在1976年發射的，距今已經有45年之久。俄羅斯還能不能組織起一場成功的月球探索，人們多少還是有點疑問的。歐空局方面擔心，俄羅斯存在著技術和管理方面的風險。帕克也指出，“月球-25”“是為了重建（俄羅斯）在繼續執行更宏大任務之前所擁有的能力。”

“月球-25”能不能按期發射，將標志著俄羅斯月球探索能力的重建是不是成功。