中國月球基地不遠了？“教學版”已出爐

近日，多家高校和科研機構合作，利用黑龍江省鏡泊湖火山地下熔巖管道，建立了我國首個類月球地下空間教學實習基地。如果這座教學基地的優勢條件能夠充分發揮，必將為我國月球地質勘測、月球基地建設和月面資源原位利用提供有力支持。

“打卡”最像月球的地方

鏡泊湖火山地下熔巖管道被譽為“地球上最接近月球地下空間即月球熔巖管道的地質結構之一”。因此，我國科研人員可以在這里建設類月球地下空間的教學實習基地，圍繞著月球科研和資源開發利用，開展大量研究和試驗。

那么，月球熔巖管道究竟有何魅力，能夠在月球基地初步選址中被科學家們視為優先地點，甚至在地球上建立模擬基地呢？

隨著航天技術進步，以及人類社會發展對資源的無盡需求，未來月球探測任務不能只滿足于像阿波羅系列任務那樣“到此一游”而已，必須確保探月航天員長期駐留和活動，建立月球基地，支持人類開發利用月球資源。

然而，即使滿足了大幅降低地月空間航天運輸成本的前提條件，人類想要在月球上建立長期工作生活基地，還需要戰勝一系列“攔路虎”。

首先是高能輻射。月球表面沒有大氣層和磁場的“包裹”保護，無論是來自宇宙深處的高能射線，還是太陽活動爆發等釋放的劇烈輻射，都將直達月球表面，持續對航天員的身體健康及探月設備的穩定狀態造成威脅。

其次是極端溫差。由于缺乏大氣層緩沖和保溫，月面在白天受到陽光照射時，溫度會超過120攝氏度，而到了夜間，又會降溫到低于零下180攝氏度。而且，月晝和月夜持續時間均相當于14個地球日，相對漫長的極端溫差交替，對人體和儀器設備均是極大的考驗，還帶來了穩定持續供應大量能源的高要求。

再次，微流星體撞擊威脅不可忽視。月球沒有大氣層燒蝕掉大量來襲的微流星體，因此表面不斷遭受“不速之客”轟擊，密集的隕石坑就是證據。因此，人類如果想建立月球基地，有必要通過天地觀測手段掌握月面特定區域的微流星體撞擊情況，再合理選址，考慮工程結構和防護問題。

綜上所述，受限于人類對月球環境的認知程度和航天技術水平，在月球表面建立支持人員長期駐留的基地，短期內恐怕是難以實現的。

幸運的是，早在20世紀60年代末，科學家們通過分析月球遙感影像，判斷月球地下存在熔巖管道。隨著新一代月球軌道器獲取更多月面高清影像，科學家們發現了一些洞穴，認為它們是熔巖管道局部塌陷所形成的“天窗”。

結合一些月球探測器提供的重力場數據，科學家們確認，月面之下存在深度至少數十米、寬度數十米至數百米、延伸長度從數百米到千米級不等的大量熔巖管道，有望為建設月球地下基地提供巨大的可利用空間。

相比環境極為苛刻的月球表面，月面之下的熔巖管道頂部存在厚數十米的月壤和玄武巖，形成了天然屏障，很可能有效屏蔽宇宙射線和太陽活動高能粒子的輻射威脅，抵御微流星體轟擊更是不成問題。

另外，月球熔巖管道內部溫度相對穩定。科學家們間接測量發現，月球熔巖管道和地下洞穴陰影區溫度在零下20～30攝氏度之間。

因此，月球表面簡直是“冰火兩重天”，而在工程技術和能源供應系統支持下，溫度較低卻更加穩定的月球熔巖管道環境有足夠的潛力保障人類持續工作生活。

更令人驚喜的是，月球熔巖管道深處可能存在水冰資源，其內部儲水條件比月球極區環境更優越，不排除保存著太陽風、彗星或月球早期巖漿帶來的水冰資源。

登月前先來“模擬考”

月球熔巖管道具有得天獨厚的優勢，有潛力成為月球基地的理想選址。然而，人類已有50多年未踏足月球，成功降落到月球表面的探測器也屈指可數，這導致月球熔巖管道暫時對人類來說仍是可望而不可即的。

那么，在探測器和航天員深入月球洞穴探索之前，有什么辦法先行開展測試，促進技術成熟，降低風險呢？鏡泊湖類月球地下空間教學實習基地就是為此而生的。

事實上，在地球上模擬地外環境，支持深空探測任務研究，是科研人員屢試不爽的“妙招”。據公開資料顯示，嫦娥三號探測器發射前，我國在庫姆塔格沙漠與羅布泊交界處的阿克奇谷地建立了試驗場，玉兔號月球車在那里進行了大量測試。

科研人員對比分析多種地球地下空間環境后認為，鏡泊湖火山地下熔巖管道應該最適合建立模擬基地。主要原因是這里與月球熔巖管道的形成機制、整體形態類似，都是彎曲的半圓狀洞穴，內部空間開闊，預計能滿足當前研究需求。另外，鏡泊湖火山地下熔巖管道的地質和氣候環境相對穩定，受外界影響較少，適合持續模擬月球熔巖管道開展研究。

那么，這個類月球地下空間教學實習基地有可能開展哪些研究呢？

要知道，在月球熔巖管道內開展建設，必須“無死角”探索，排查風險因素，還要確保洞穴密封性。航天員不可能貿然深入月球地下歷險，因此眾多遙控機器人將擔任“先鋒大將”，也會在地球地下模擬基地充分測試。

例如，月球熔巖管道內部想必崎嶇難行，科研人員打造了不同形態的機器人，有的配備柔性伸縮臂，有的裝了能夠靈活調整的輪足，以便自主安全探索地下深處的奧秘。它們可以在類月球地下空間教學實習基地“苦練本領”，盡量排除技術隱患，為在月球“大展身手”打好基礎。

科研人員對比分析多種地球地下空間環境后認為，鏡泊湖火山地下熔巖管道應該最適合建立模擬基地。主要原因是這里與月球熔巖管道的形成機制、整體形態類似，都是彎曲的半圓狀洞穴，內部空間開闊，預計能滿足當前研究需求。

更進一步，類月球地下空間教學實習基地憑借相近的地質條件，模擬月球環境，有助于科研人員開展一系列地質勘測、地下結構成像等基礎研究和前瞻性技術攻關，為探月工程培養更多實踐人才。

比如，這里有望開展月球環境自動施工技術研究，利用天然地下洞穴結構，演練智能施工，“裝修”月球洞室。

在此基礎上，科研人員還有可能模擬月球熔巖管道的恒溫低能耗環境，建設規模更大、運行時間更長、更逼真的封閉式人工生態系統，為航天器和月球基地維生系統積累技術和經驗，有助于航天員和動植物“地外謀生”。

再比如，科研人員可以在模擬地下基地安裝調試月震儀等傳感器，建設月球蜂窩無線網，測試制取月球建筑材料，打磨升級工藝。

必要時，科研人員利用模擬地下基地與其他局部模擬月球重力、近似真空環境的科研設施，開展對比研究，有望收獲更適應月球環境的科研成果。

從地球到月球如何打造地下基地

在地球模擬地下基地充分演練各項技術設備后，通過多次探月任務選定合適的月球熔巖管道后，科研人員和航天員建設月球基地也不是輕而易舉的，仍有不少技術難題需要解決。

縱覽各國論證的月球基地方案，包括剛性艙組裝、柔性艙組裝、月面建筑、地下洞穴等。其中，月球熔巖管道基地雖然具備很多優勢，但工程技術難度很大，僅是機器人深入月球熔巖管道勘探測繪，就不是當前技術水平的月球車能夠勝任的，預計需要由航天員與人工智能機器人緊密協作。

這意味著，在月球地下基地完工之前，航天員至少需要短期駐留月面工作，也就有必要部署供他們短暫居住的簡易月面基地或艙室。例如，美國“阿爾忒彌斯計劃”打算部署月面柔性充氣式居住艙，建設月球前哨基地。

多數科研人員認為，類似月球前哨基地最好部署在月球極地永久光照區，便于利用太陽能發電，同時確保地形相對平坦、地質結構穩定，以便人員和物資多次落月，并部署月球科學探測和工程建設設備。

接下來，人類與機器人建設者將對月球熔巖管道進行大規模普查和詳細勘測，篩選出綜合條件最佳的地址，并借助地月空間通導遙星座，獲得信息支持，初步修筑月面道路，便于人員和設備高效轉運。

完成選址勘測和技術、物資準備后，建設者們首先要在充分掌握月球熔巖管道地形地質信息的前提下，嘗試將洞口和熔巖管道各處進行密封處理，保障月球地下基地環境具備基本的氣密性，更加安全可靠。

同時，建設者們將清理熔巖管道內部碎石、平整地面、加固洞壁等。為了兼顧安全和效率，最好在航天員監視和必要遙控下，由人工智能機器人施工。

想完成這些工作，人類實施太空工程的能力需要“邁上一個臺階”，有必要在地球模擬地下基地中進行長期測試，并在探月工程中充分實踐，爭取技術不斷升級。

那么，月球地下基地的建筑材料從哪里來？除建設初期部分特殊材料仍依賴從地球補給外，未來探月工程有必要開展大規模原位資源利用，就地取材，開發月球資源，提取、制備航天器推進劑、氧氣、水及建筑材料，盡量做到自給自足。

可以說，月球原位資源利用是建設月球地下基地的技術前提。這些建筑材料在3D打印等技術輔助下，有望更高效地完成熔巖管道密封、加固和硬化作業。

月球地下基地不僅要保證運行環境密封和結構穩定性，還要解決通信、能源供應、再生式生命保障等一系列問題。

在探月任務中，可以嘗試利用月球資源，制造太陽能電池板、輸電線路、屏蔽輻射設施等。未來，月球地下基地將部署4G/5G移動通信網，可以利用月面太陽能發電陣列或小型核反應堆，為航天員工作、休息、娛樂穩定供應能源。

月球地下基地建設初期，重點工作可能包括制備水、氧氣等，改善運輸條件，高效獲取補給物資，對再生式生命保障系統的需求不算太大。

隨著技術進步和條件改善，建設者有可能在熔巖管道中開辟“月球農場”，完善密閉式生態系統。

放眼未來，月球基地生活必將越來越豐富多彩，為月球城市建設培養“開路先鋒”。

◎ 來源|中國航天報