沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的美歐月球站設(shè)想

文/ 松堂

▲ “阿爾忒彌斯”載人登月計(jì)劃

其實(shí)說(shuō)到月球科研站，美國(guó)一直擁有比中國(guó)、俄羅斯更好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件去實(shí)現(xiàn)。但是因?yàn)檎螝夂虻淖兓忘h派之爭(zhēng)，美國(guó)的月球科研站一直停留在PPT的階段。

美國(guó)早期的月球站想法

從20世紀(jì)50年代開始，隨著航天技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家、工程師和其他人提出了一些更具體的概念和設(shè)計(jì)。1954年，科幻作家阿瑟·C·克拉克提議在月球上建造一個(gè)由充氣模塊組成的基座，上面覆蓋著月壤，用于隔熱。至于各個(gè)艙段，要先發(fā)射到近地軌道上組裝起來(lái)，然后再奔向月球。航天員要在月球上搭建一個(gè)類似冰屋的模塊和一個(gè)充氣無(wú)線電通信天線塔，然后搭建一個(gè)更大的、永久性的穹頂；養(yǎng)殖大量藻類來(lái)提供氧氣，用核反應(yīng)堆提供電力。然后還要建起一門電磁炮，用來(lái)向太空發(fā)射飛船和其他物體。

1959年，一位叫約翰·林哈特的科學(xué)家提出，設(shè)計(jì)一個(gè)可以“漂浮在靜止的塵埃海洋”中的結(jié)構(gòu)。當(dāng)時(shí)人們相信，月球上可能有幾千米深的塵埃海洋，所以林哈特設(shè)計(jì)了一個(gè)兩端有半圓頂?shù)陌雸A柱體，在基地上方是微流星體防護(hù)罩。

所有這些夢(mèng)想都為后來(lái)的月球基地設(shè)計(jì)提供了營(yíng)養(yǎng)。不過(guò)當(dāng)美蘇先后實(shí)現(xiàn)了探測(cè)器在月球上軟著陸之后，人們終于知道，月球基本上就是個(gè)堅(jiān)硬的巖土星球，雖然月壤很疏松，但厚度有限，這為真正的月球基地設(shè)計(jì)提供了基本前提。

哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)失事之后，美國(guó)航天開始重新選擇自己的目標(biāo)。隨著星座計(jì)劃的提出，載人月球探測(cè)再次進(jìn)入決策者的視野。在星座計(jì)劃當(dāng)中，美國(guó)宇航局提出要建立一個(gè)月球基地，考慮到美國(guó)的決策體制和輿論壓力，他們把這個(gè)基地形容為月球前哨站，試圖淡化它的規(guī)模和永久性，希望人們把它看做是奔向火星的過(guò)渡地點(diǎn)而已。

▲ 美國(guó)宇航局的另一種月球基地設(shè)想，完全建筑在月面之上

1958年，美國(guó)空軍提出Lunex項(xiàng)目，計(jì)劃在月球上建立一個(gè)地下空軍基地。1959年6月8日，美國(guó)陸軍彈道導(dǎo)彈局（ABMA）組織了一個(gè)名為“地平線計(jì)劃”的特別小組，評(píng)估在月球上建造軍事基地的可行性。

地平線計(jì)劃考慮從地球上多次發(fā)射火箭前往月球，先建造一個(gè)前哨站，然后持續(xù)送去各種組件。投入使用后，每個(gè)月都要發(fā)射火箭運(yùn)送給養(yǎng)到月球。

美國(guó)宇航局曾經(jīng)在上世紀(jì)80年代提出了一種模塊化的早期月球基地設(shè)計(jì)概念。該基地可容納612人，采用一個(gè)球形的充氣式總體結(jié)構(gòu)。底層是比較重的設(shè)備，如環(huán)境控制設(shè)備、航天員宿舍。月球樣品分析、水培植物、動(dòng)物試驗(yàn)區(qū)在中層。頂層是一條跑道。

月球基地配套重型加壓月球車，可以在月球表面長(zhǎng)時(shí)間跋涉。車內(nèi)可以乘坐4人，各種生活物資和起居設(shè)施可以讓這4人在其中工作生活兩個(gè)星期之久，也就是一個(gè)月晝的時(shí)間。車上裝有兩類氣閘艙。大型氣閘艙可以供人員進(jìn)出月球車，還能對(duì)接到月球基地的入口。小型氣閘艙是用來(lái)采集月面樣品的。航天員可以在車內(nèi)操作機(jī)械手來(lái)選擇、拾取和檢索樣品，再?gòu)男忾l艙把它們送進(jìn)車內(nèi)，人員不需要下車。車輪的設(shè)計(jì)在阿波羅月球車基礎(chǔ)上做了改進(jìn)。頂部有一個(gè)圓形的指揮塔，用來(lái)遠(yuǎn)望和觀察地形。

約翰遜中心的4人月球站概念

2010年，美國(guó)宇航局約翰遜中心實(shí)施了月球表面系統(tǒng)概念研究，這個(gè)“月球表面系統(tǒng)”的意思，就是月球基地。其中比較重要的內(nèi)容，就是引入原位資源利用，支持4名航天員在月球上生存和工作180天。

不但如此，該系統(tǒng)還要能夠每年生產(chǎn)1噸氧氣，供航天員呼吸。月球車可以是自主運(yùn)行的，也可以是有人駕駛的。車上裝有加壓系統(tǒng)，可以在野外行駛數(shù)百千米。前哨站要具備不少于35千瓦的發(fā)電能力，可以儲(chǔ)電，用于在月夜期間供電，供電要能滿足勘探和科學(xué)目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)和儀器用電需求，還要有足夠的冗余以確保安全。

▲ 美國(guó)宇航局早期的月球基地藝術(shù)想像圖

約翰遜中心的小組審查了多種月球前哨站的概念，主要考慮這幾方面的問(wèn)題：快速開發(fā)長(zhǎng)期月面探索能力，充分利用火箭運(yùn)力實(shí)現(xiàn)完整的月球基地功能，滿足整個(gè)月球探索體系架構(gòu)的需求，通過(guò)要素復(fù)制實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性。

▲ 阿爾忒彌斯任務(wù)的航天服

▲ 美國(guó)宇航局的移動(dòng)式月球基地

在前哨站建設(shè)初期，也就是當(dāng)功能尚未完全具備的時(shí)候，要根據(jù)財(cái)政和工程上的可承受性來(lái)靈活調(diào)整建設(shè)進(jìn)度，特別是強(qiáng)調(diào)在月面機(jī)動(dòng)的能力。要可以接受前哨站是一個(gè)小規(guī)模設(shè)施，在月夜期間的工作能力會(huì)有所降低。要能夠做到功能性重新定位，也就是說(shuō)有關(guān)設(shè)施和艙段要可以更換安裝位置。研究還假設(shè)月球前哨站具備水再生功能。

前哨站還考慮了今后與其他國(guó)家、企業(yè)月球居住艙相連接的能力，至少要連接一個(gè)用于物資供應(yīng)的艙段。

和地球上首發(fā)快遞一樣，為了把設(shè)備和艙段運(yùn)輸?shù)皆虑蛏希隙ㄒ鋫湟恍┚彌_用的軟質(zhì)材料。這些東西在地球上容易變成白色垃圾，在月球上卻很可能是無(wú)價(jià)之寶。與此同時(shí)，軟質(zhì)材料從地球到月球，也是要占用火箭運(yùn)力的。根據(jù)美國(guó)宇航局的計(jì)算，這些包裝材料大概要占火箭運(yùn)力的大約30%，真的不是個(gè)小數(shù)目。因此，約翰遜中心展開了兩種研究，首先是能不能盡量減少軟質(zhì)包裝材料的使用，甚至是不用；其次是如果一定要用，能不能把包裝材料二次應(yīng)用，成為月球前哨站的有用材料。

包裝材料的選擇有3種。第一種是從航天飛機(jī)沿用而來(lái)的泡沫材料，由FOAMEX公司生產(chǎn)的PYRELL。第二種和第三種來(lái)自國(guó)際空間站的成熟產(chǎn)品。一種是Voltek公司生產(chǎn)的Minicel泡沫，是一種閉孔化學(xué)交聯(lián)聚乙烯，它有良好的阻燃性，還可以抵擋空間碎片。另一種是ZOTEFOAMS公司的ZotekF30聚偏氟乙烯材料，同樣具有良好的阻燃性。

到了特朗普?qǐng)?zhí)政時(shí)期，雖然美國(guó)宇航局再度得到了重返月球的撥款，并且把它命名為阿爾忒彌斯計(jì)劃，但是規(guī)模甚至還不如星座計(jì)劃，而且時(shí)間已經(jīng)被耽誤得很嚴(yán)重了。于是在阿爾忒彌斯計(jì)劃當(dāng)中，月球前哨站被縮水成一個(gè)小型設(shè)施，從模擬圖上看，只是一個(gè)類似于房車大小的艙段。

▲ 歐空局的月球村是用月壤3D打印而成

歐洲的“月球村”概念

2015年，歐空局提出了“月球村”的概念。不過(guò)這并不是具體型號(hào)或者計(jì)劃，而是一種行為方式。歐空局希望能夠把全球公共和私人投資者、科學(xué)家、工程師、大學(xué)和商人聚集在一起，為各種目的討論在月球和月球空間建設(shè)和共享基礎(chǔ)設(shè)施的利益和能力。換言之，月球村試圖創(chuàng)造一個(gè)國(guó)際合作和太空商業(yè)化都能蓬勃發(fā)展的愿景

歐空局為月球村提出了一些具體想法。月球村采用3D打印來(lái)制造居住設(shè)施，包括燃料儲(chǔ)備設(shè)施、中繼軌道飛行器、天文學(xué)研究設(shè)施，可以開發(fā)月球資源和旅游業(yè)。