未來“月球城”資源供應設想

近日，中國科研人員經過深入研究和反復驗證，提出一種全新的利用月壤生產水資源的方法，在國際上引起廣泛關注。外媒分析，未來的月球基地發展為“月球城”，需要充足的資源供應，除了解決水資源問題，還須解決食品、居住地建筑材料等問題。

供應水資源的新方法

據美國《科學》雜志報道，在嫦娥五號帶回地球的迄今為止緯度最高的月壤樣本中，中國科研人員發現一種礦物晶體。基于單晶衍射分析和化學分析可知，這種礦物晶體的主要成分為水合物，其中含有水分子和金屬元素。盡管并非液態水或者冰，但該礦物晶體中水分子的質量占比高達41%。也就是說，1噸這種礦物晶體約含410千克水分子，且在加熱到一定溫度后能以水蒸氣的形式逸出。

按照中國航天機構的計劃，嫦娥八號將于2030年之前被發射到月球上。屆時它可能搭載驗證性科研裝置，在月球上開展月壤制水實驗。這個過程使用的能源，并不需要從地球專門運送到月球上，靠太陽能即可滿足需求。整個過程的產物只有金屬、水以及一些氧化物，既簡便可行，又清潔環保。

美國密西西比大學空間科學系教授米歇爾·漢隆表示，人類要在月球上生存，最重要的資源就是水。除了人體需要水分滋養，加工和分解水或冰產生的氫氣可以作為燃料，讓儀器和機械設備在沒有日光照射的情況下運行。漢隆認為，人類未來建設月球基地，應該尋找上述水合物富集的地區，以解決水資源供應問題。

美國航空航天局（NASA）制定了在月球南部地區建設“月球城”的計劃，因為那里可能蘊藏著豐富的水資源（以冰的形式存在），可以作為第一批月球居民的飲用水源，還可以用于冷卻設備，以及分解出用作燃料的氫氣和供人類呼吸的氧氣。

漢隆指出，中國提出從月壤中提取水，是向月球基地供應水資源的一種新方法。如果能在月球上成功制備足夠的水，那么就能為未來的月球探索和深空探索提供更有力的支持。

是太空運輸還是就地取材

據英國《新科學家》雜志報道，在解決水資源問題后，月球基地還須解決居住地的建筑材料問題。月球基地至少要包括休息室、衛生間和實驗室，以及用于防止人類骨骼退化和肌肉萎縮的運動空間——這些建筑該如何建造？

一種選擇是直接利用月壤。月壤制成的材料具有特殊的反射性，可以充當抵御輻射粒子和熱量的屏障。對于如何利用月壤生產建筑材料，以及其他支撐性和輔助性材料，科學家進行了大量研究。可行的方案包括：研究將月壤用作3D打印的原材料，直接在月球上打印出建筑物；在地球上制造出建筑構件，將其運抵月球后再進行組裝。NASA的月球基地計劃提到，最好避免將大量地球上的材料（例如磚塊鋼桁架）運往月球，因為太空運輸成本高昂。

另一種選擇是在月表之下修建居住和活動空間，主要是對天然洞穴進行改造——這被認為是更切實可行的解決方案。意大利科學家經研究指出，月球上存在不少洞穴。歐洲航天局（ESA）認為，這將推動月球科研和人類探月計劃邁出重要一步。這類熔巖洞穴可被修建為月球基地，為人類提供居所，并支持人類對月球進行長期探索。

但是，上述解決方案并非沒有缺點。月球上的洞穴大都深入月球表面以下100多米——在這樣的深度構建生活區和實驗區，這在地球上都不是一件容易的事。

除了建筑，月球基地還須解決食品供應問題。目前，空間站上的宇航員所吃的食品是經過水化和加熱的，裝在特殊的小袋中。這些食品都是在地球上準備好的。如果駐留月球基地的人員完全依靠地月之間的運輸獲得食品，其成本過高，因此很可能要在月球上自行生產食品。

根據目前已開發出的相關技術，“月球基地菜單”上的食品可能包括由牛肉細胞培育而成的人造牛排，以及在月壤中種植的可食用植物。《新科學家》指出，中國在月壤中發現的水合物中，富含鐵和少量鉀，這無疑增大了人類在月球上種植作物的可行性。

“月球城”的設想與困難

美國《科學》雜志指出，在各航天大國中，美國率先提出了“月球城”的概念。NASA正致力于在月球南部地區選址，建立名為“阿爾忒彌斯大本營”的月球基地，并完成取水、建造建筑物等一系列工程。為實現這一目標，NASA計劃讓科研人員和工程人員搭乘SpaceX飛船降落到月球南極地區，開展前期準備工作。

英國貢希利地面站空間工程總監馬修·科斯比認為，“月球城”應分階段建設，類似于搭建空間站。為確保人類生存以及機器人持續工作，“月球城”應設置生活區、交通設施和可靠的發電設施（例如功率足夠大的太陽能電池板）。

科斯比表示，一旦這些基礎設施被部署到月球上，就將由“人力與機器人混合驅動”的設備進行組裝和運行。月球上的許多工作都可以由機器人來完成，僅在某些時候需要人類給予支持。

按照NASA的計劃，“阿爾忒彌斯大本營”將發展成為“月球城”。首先需要提上日程的，是保護人類免受致癌的宇宙射線和嚴酷溫度的傷害。接下來，“月球城”將逐步增添更多元素，最終建成太空港和生活、娛樂場所。

“阿爾忒彌斯大本營”計劃因面臨諸多技術問題一再被推遲。NASA曾表示，該計劃將于2026年9月實現。NASA設計的能夠繞月球軌道運行的空間站，已經在地球上（NASA研發中心）開工建造。然而，一些業界專家并不看好NASA的“月球基地進度表”。

英國諾丁漢特倫特大學天文學副教授丹尼爾·布朗博士指出，月球上的條件非常惡劣。那里沒有能夠維持生命的大氣層，而且溫度極端——從相當于液氮環境的極冷，到高于地球上水沸點的極熱。因此，“月球城”需要建成與地球大氣層類似的環境，以提供人類呼吸所需的大氣；要具備足夠的隔熱性能，以保持穩定的、令人感到舒適的溫度；還要解決運輸、生命維持系統等設備運行所面臨的種種難題。

英國思克萊德大學空間技術工程師馬爾科姆·麥克唐納預估，NASA的“重返月球”計劃難以在2028年之前實現。至于建設“月球城”，最早要到2030年才會開始考慮。

編輯：姚志剛 winter-yao@163.com