探索月球基地建設的中國方案

“月球上有沒有可能建一個氦-3提煉工廠？”“能不能利用月球隕石坑建一個月球版FAST？”在香山科學會議第759次學術討論會上，包括16位院士在內的百余名科技界專家圍繞月球基地建設開展“頭腦風暴”，進行熱烈討論。

當前，航天大國和國際組織紛紛發(fā)布了雄心勃勃的月球基地建設任務規(guī)劃或遠景目標。中國將如何建設月球基地，備受矚目。與會專家學者認為，我國亟須構建高起點的月基平臺科技創(chuàng)新體系，加快探索月球基地建設的中國方案。

加快“換道超車”

月球基地什么樣？這個充滿未知的問題，激發(fā)人們無限想象。

中國工程院院士、北京理工大學黨委書記張軍提出了開展“三站一體”月球科考工程（Moon Exploration Engineering and Technology，簡稱“MEET”）的設想。張軍提出，月球科考工程設想涵蓋三大月基平臺建設：區(qū)域移動科考站，旨在打造多場域新質感知的重大科學設施；廣域月基環(huán)境站，旨在建成覆蓋月基全域的多維環(huán)境監(jiān)測預報體系；月外空間監(jiān)視站，旨在實現(xiàn)月基空間全時的目標監(jiān)視預警能力。

MEET的背后，是關于構建月基平臺科技創(chuàng)新體系的思考。張軍認為，月球具有極大探測價值，是稀有資源富集地、起源探索新領地、深空探索前沿陣地、未來科技競爭博弈新高地。相比美國，中國探月工程和載人登月工程起步較晚，尚有一定差距。他建議，加快構建月基全域“知—源—運—建”平臺體系。“知”即月基環(huán)境探測，“源”即月基能源利用，“運”即月基全域運輸，“建”即月基原位建造。“我們要不斷突破認知新極限，開拓深空新疆界，實現(xiàn)月球開發(fā)利用的‘換道超車’。”張軍說。

在完成“繞、落、回”三步走規(guī)劃后，我國正在實施探月工程四期任務，目標是在月球南極區(qū)域建設國際月球科研站基本型。中國深空探測重大專項總設計師吳艷華介紹，我國計劃聯(lián)合其他國家共同建設國際月球科研站。它是在月球表面與月球軌道長期自主運行，短期有人參與，可擴展、可維護的綜合科學實驗設施。國際月球科研站建設將按照兩個階段分步實施，2035年前后建成基本型，在月球南極區(qū)域建設半徑約10公里的中心站區(qū)，具備百公里范圍科研作業(yè)能力；2045年前后完善拓展型，建成月球軌道站，完善建設月面南極中心站，具備可持續(xù)全月面科學研究、資源開發(fā)、技術驗證等能力，并為載人登陸火星等深空探測任務奠定基礎。

“國際月球科研站有望成為由我國主導發(fā)起的國際大科學工程。”吳艷華說，該工程的總體目標之一是構建全球伙伴參與、多方合作共贏的國際合作交流平臺，歡迎世界各國伙伴在項目各個階段、任務各個層級參與國際月球科研站建設，開展項目合作。

勇闖科技“無人區(qū)”

月球基地怎么建？用中國工程院院士、哈爾濱工業(yè)大學教授鄧宗全的話說，中國航天已進入“無人區(qū)”，月球基地建設與高效益運營意義重大，工程方案制定要以科學目標為牽引。多位與會專家建議，對于這種大型項目可采取分布組合的方式組織實施，以提高效率、加快進度。

日前搭載天舟八號貨運飛船升空的“月壤磚”，提供了一種月面建造材料方案。這種特殊的“月壤磚”，由中國工程院院士、華中科技大學教授丁烈云團隊研制。團隊通過分析嫦娥五號月壤樣品成分，并模擬配成后燒結制成“月壤磚”。丁烈云介紹，此次將“月壤磚”送往空間站開展艙外暴露實驗，目的是為未來在月建設積累科研數(shù)據(jù)。

將于2028年前后發(fā)射的嫦娥八號是國際月球科研站先導任務。它將與計劃在2026年前后發(fā)射的嫦娥七號共同構建國際月球科研站基本型。國家航天局探月與航天工程中心研究員、嫦娥八號副總設計師王瓊介紹，嫦娥八號任務中將測試利用3D打印技術制成“月壤磚”，并攜帶一個全新模塊作業(yè)機器人，進行載荷布設、月壤添加和“月壤磚”拼接等工作。

在月球基地建設中，數(shù)智技術可能發(fā)揮重要作用。中國科學院地球化學研究所研究員劉建忠介紹，中國科學院地球化學研究所與阿里云日前聯(lián)合發(fā)布的國際首個月球科學多模態(tài)專業(yè)大模型，實現(xiàn)了月球科學問題的專業(yè)問答，能夠完成地質構造年代判別等任務。他建議，未來應進一步建設數(shù)智行星，為深空探測任務提供地面的運行環(huán)境及模擬試驗的基礎設施，進而降低工程實施風險，提高工程實施效能。

在完成“繞、落、回”三步走規(guī)劃后，我國正在實施探月工程四期任務，目標是在月球南極區(qū)域建設國際月球科研站基本型。

進入開發(fā)新階段

月球基地怎么用？與會專家普遍認為，我國月球基地建設使用應實現(xiàn)幾大轉變，要從以前的技術追趕轉變?yōu)榉沼谥卮罂茖W發(fā)現(xiàn)及資源開發(fā)利用，實現(xiàn)科學技術應用同步發(fā)展；要從完成單項任務目標轉變?yōu)檫M行長期駐留式探測，實現(xiàn)目標任務的體系化規(guī)劃；要從自上而下的政府主導轉變?yōu)檎疇恳隆鹘y(tǒng)航天研究“國家隊”和商業(yè)航天企業(yè)共同發(fā)力。

展望月球基地可實現(xiàn)的科學任務目標時，中國科學院院士、中國科學院國家空間科學中心主任王赤說，月球是解開宇宙起源終極問題的一個理想場所。如果在月球背面建立低頻射電陣列或架設射電望遠鏡，將極大促進人類對宇宙起源的認知。

中國科學院紫金山天文臺研究員季江徽提出了基于月球熔巖管建天文臺的設想。他介紹，作為月球表面廣泛分布的地質結構，熔巖管內部溫度相對穩(wěn)定，可能富含水冰。熔巖管作為天然屏障，可隔絕宇宙射線、月塵和濺射物等，而且在管道內部建設可極大節(jié)省建筑材料用量，是在月球建設天文臺的理想選址點。未來還可在月球開展系外宜居行星探測與地外生命信號搜尋等科學任務。

通過開發(fā)利用月球資源助力解決人類可持續(xù)發(fā)展問題，成為與會專家的共識。中國空間技術研究院錢學森空間技術實驗室研究員姚偉舉例說，月基資源綜合利用涉及月壤揮發(fā)分轉化利用、月壤冶金轉化利用，“月壤揮發(fā)分中包含水、氧氣、氫氣等資源，這些都可以利用”。

建好、用好月球基地是一個龐大的系統(tǒng)工程，需要以全國一盤棋的思維統(tǒng)籌協(xié)調各方力量。中國科學院院士、西安交通大學教授何雅玲說，月基能源獲取、轉化、傳輸及儲存，對能源研究提出了新課題、新要求。能源領域科研人員要站在國家深空探測工程的高度，凝練好相關研究。

與會專家普遍認為，要進一步破除體制機制障礙，在一流學科布局、高端人才培養(yǎng)、國家級平臺建設、科研重大專項設立、前沿技術培育、重大科學儀器裝備研發(fā)、重大基礎設施建設等方面進行系統(tǒng)性布局，搶占太空基地建設先機。

◎ 來源|科技日報