史上最大月球基地正在建设,嫦娥奔月究竟

人类登月计划又有大动作!
史上最大月球基地正在建设

1月3日的朋友圈被首张月背图刷屏。当日10时26分,嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面预选着陆区,并通过“鹊桥”月球中继星传回世界上第一张近距离拍摄的月背影像图。

自1972年阿波罗登月计划结束以来,再无人登上月球,但在探索登月之路上,人类从未停歇。这不,欧洲航天局近日又有了新的“大动作”。

众所周知,人类探月的征途早就起步且越来越快。那么,月球上到底有什么宝贝让人如此着迷?

与德国航空航天中心
合作,他们将在位于德国科隆的欧洲航天局宇航中心建设一个模拟月球土壤和月球栖息地的新工程,作为测试月球探索技术的“训练场”,模拟环境将会尽可能精准地还原月球表面。

“坐月观天”及“看地”都是极好的

该设施名为“LUNA”,占地超过1000平方米,有望成为有史以来最大的月球模拟工程。

在中国科学院国家天文台研究员郑永春看来,月球这地方之所以如此受青睐,主要是因为地段好。

“我希望能在退休前能施展我的技能。从技术上讲,
我相信在月球上行走是可行的”,今年48岁的德国籍欧洲宇航员马蒂亚斯·毛雷尔(Matthias
Maurer)很乐观,他是这个百万欧元工程的项目经理。

月球是离地球最近的天体,“在月球上可以实现得天独厚的对天观测、对地观测和对月观测。”郑永春解释道,月球上没有大气层,其背面没有无线电噪声干扰,在那里开展天文观测,可获得更暗弱的宇宙信息。同时,相对地球来说,月球的地质结构更稳定,有利于开展长期精密的天文观测。

人类走向深空的“中转站”

“特别值得一提的是,月球还有两个优势:一是月球南北两极的永久阴影区温度极低,某些地区只比绝对零度高二三十摄氏度,可以进行红外天文观测;二是月球背面是一片难得的宁静区域,没有任何人为的无线电噪声干扰,能更灵敏地监听来自宇宙深处的微弱电磁信号。”郑永春说。

月球是离地球最近的一个天体,相距有38万千米,具有丰富的矿产资源,人类要前往更遥远的深空,月球是一个绕不开的“中转站”。

此外,虽然科学家目前已经有了各种高分辨率卫星,但由于距离较近,很难看到地球全貌。而在月球上建立观测站,可对地球进行全球大尺度观测,如地壳结构的起伏、地球表面植被和全球气候变化等。

阿波罗计划结束后,月球探索曾一度进入停滞期,不只是美国,世界上大多国家似乎对月球失去了兴趣。主要原因在于耗资巨大却短时难有收益,此外,很多国家认为,与其他亟待解决的问题相比,登月看起来并不是那么紧迫的事情。

全国空间探测技术首席传播专家庞之浩则表示,由于月球几乎没有大气和地质活动,岩石受到的损坏不大,研究月球岩石相当于研究地球39亿—40亿年前的标本,可了解许多地球早期大气状态的信息,甚至有助于人们认识生命、地球、太阳系乃至整个宇宙起源和演化历史。

去年12月,美国总统特朗普签署太空政策指令,宣布重返月球,承诺“把NASA从近地轨道上的后勤活动中解放出来,代之以重新聚焦太空探索”,月球探索再度升温。此后,美国宇航局鼓励私人公司加速开发着陆技术,并计划在未来五年内申请亿万美元资金支持。

想去火星?先来月球歇歇脚吧

今年10月,欧洲空中客车防务与航天公司联合美国蓝色起源公司等发起了“月球竞赛”的活动,鼓励世界各地月球爱好者设计开发可持续性月球探索的关健技术。

“在月球上开展原位资源利用,有助于建立人类走向深空的前哨站。”郑永春说。

“经过近几十年的发展,世界各国也都深刻认识到了月球的价值,月球探测的热度已经回到了从前。”中国科协月球与深空探测全国首席科学传播专家、中国科学院国家天文台研究员郑永春告诉《中国科学报》记者,与上世纪六七十年代缘于“空间竞赛”而兴起的探月高潮不同,今天的各种行为都会更加理性,“一方面,我们更多地了解月球各方面特征,另一方面,也是更重要地,我们要利用月球,这也是月球基地建设的目标和方向。”

人类未来的目标是登陆火星,而火星距离地球最近也有5500万公里。郑永春表示,尽管空间站建设已经基本成熟,但其寿命有限且维护成本高,月球是非常理想的中转站,以及测试各种载人航天技术的训练场,“如果不进行38万公里的演练,我们没有办法走向更遥远的深空”。

人类未来的目标是登陆火星,而火星距离地球最近也要5500万公里。郑永春表示,尽管空间站建设已经基本成熟,但由于寿命有限且维护成本高,月球是非常理想的中转站,以及测试各种载人航天技术成熟度的训练场,“如果不进行38万公里的演练,我们没有办法走向更遥远的深空。”

“月球上的环境比起地球来有很多独特性,在月球上组装和发射航天器,利用原地资源生产所需的燃料,将为人类走向深空提供重要支撑。因此,先建月球基地,再从月球发射航天器到火星,是具有现实可行性的选择。”郑永春说。

建设月球基地做什么?

庞之浩补充道,据一份报告称,如果将月球作为载人前往火星的踏脚石,每年能够为其节省大约100亿美元的开支。

月球基地,是人类在月球上建立工作、生活、开展科学研究的区域,当前的月球基地建设还处于探讨研究阶段,主要的探索任务聚焦在“观天、看地、测月”。

仅氦3就能发电1万年

观天,即探索宇宙。月球上空没有大气层,可以获得更高清的天文图像。此外,相对地球来说,月球的地质结构更稳定,有利于精密的天文观测。“特别值得一提地是,月球还有两个优势:一是月球南北两极的永久阴影区温度极低,某些地区只比绝对零度高二三十摄氏度,可以进行红外天文观测;二是月球背面是一片难得的宁静区域,没有任何人为的无线电噪声干扰,将能更灵敏地监听来自宇宙深处的微弱电磁信号。”郑永春说。

当然,月球上还拥有巨大的能源储备。庞之浩说,月球被称为21世纪的波斯湾,最主要的燃料是氦3。

看地,即观测地球。当前,我们已经有了各种高分辨率的卫星,但由于距离地球较近,很难看到地球全貌。那么在月球上建立观测站可进行全球大尺度的观测,比如:地壳结构的起伏、地球表面植被和大气层中成分的变化等。

“由于没有大气层,月球表面土壤中有大量通过太阳风吹来的氦3,这是一种清洁、安全和高效的核聚变发电燃料,用它进行核聚变发电可提供便宜、无毒和无放射性的能源,所以被科学界称作‘完美能源’。”庞之浩介绍道,据保守估计,月壤中有100万吨氦3,用它发电可以满足地球1万年的能源需求。

测月,则是研究月球本身。科学家认为,地球与月球本为同源,它们是在一次大碰撞中形成的两个天体,有着极大的相似性。以月球为参照,人类可以更好地了解地球的历史和“沧海桑田”。

俄罗斯的一项估算则显示,1吨氦3的价值约为100亿美元,用飞船从月球运回1吨氦3的总费用为2000万到4000万美元,开发月球氦3有利可图。

未来要想在月球上长期生存,如何就地利用月球本身获取人类赖以生存所必需的资源,这也是月球基地建设需要解决的重要问题。

此外,庞之浩说,月球上蕴藏着大量的自然资源,已知有100多种矿物,其中5种是地球上没有的。“月球上有丰富的钛、铁、铀、钍、稀土、镁、磷、硅、钠、钾、镍、铬、锰等矿产,仅月海玄武岩中就含有至少100万亿吨可开采利用的钛金属。”

首先是来自水的挑战。十年前,科学家们在月球两极地区发现了固态冰冻水的痕迹,但并不确定有多厚、也不确定其是与土壤混合还是以月球表面的冰层形式出现。印度空间研究组织预计将于明年发射的“月船2号”探测器,以及俄罗斯预计将在2022年发射的“月球27号”探测器都瞄准了这些问题。

与此同时,因为月球表面几乎没有大气,太阳辐射可以长驱直入,每年到达月球范围内的太阳光辐射能量大约为12万亿千瓦,太阳能的能量密度为1.353千瓦/平方米,“在月面可以建造高效率的太阳能发电站。”庞之浩认为,在月球上建核电站也有优势,因为在那里不用担心核泄漏等。

“月球上丰富的钛铁矿资源可在一定条件下被氢气还原,而反应生成的水也将可能成为人类建立月球基地获取水资源的重要途径。”中科院地球化学所研究员刘建忠表示,至于采取哪种方式,要计算性价比。

(原载于《科技日报》 2019-01-07 04版)

食物获取的探索也有了新的想法。在月球上,宇航员将在白色和红色的LED灯下照射下的水中种植植物,可以调整改变植物的矿物质和维生素成分组成。但这些成分如何变化、因何变化、最佳的种植环境等将有待进一步研究。

值得关注地是,月球粉尘是一个不起眼却杀伤力极强的威胁。月球粉尘非常精细和锋利,同时由于带有电荷而具有非常大的粘力,不仅干扰工作,也会有致命危险。在欧洲航天局所建设的“LUNA”设施中,研究人员用4500万年前艾费尔火山爆发产生的火山粉末制造月球尘埃替代品,这更逼真地还原月球表面,希望能推进问题的解决。

澳门新葡新京,商业航天助推技术升级

探月工程周期长、投资费用高昂、技术难度大。马蒂亚斯·毛雷尔表示:”如果没有商业参与,
这将需要更长的时间才能实现。”

今年9月18日,美国太空探索技术公司公司宣布,将于2023年把私人乘客送入月球轨道。日本收藏家、企业家前泽友作买下了首座飞船的所有座位,将带着画家、导演、音乐家等6到8名顶级艺术家共同开启绕月之旅。

“如果实现的话,说明商业航天公司是有技术能力的,将在建设月球基地方面也发挥独特作用。”郑永春说。

商业航天是未来航天事业发展的蓝海。越来越多的私人企业进入航天产业链条中,在不同领域内发力。诸如为国际空间站提供货物运输服务的SpaceX公司、为普通人提供太空旅馆的比格罗宇航公司、研制小型运载火箭的中国商业火箭创业公司“蓝箭”和“零壹空间”……

据统计,2017年,太空产业收入达3480亿美元,与化妆品行业的收入相差无几,预计2040年可能增至1万亿美元。

自2007年开始,NASA开始自我革命,将逐步退出低轨道商业航天发射和运营市场,将这些具有潜在商业开发价值的领域让位于私人航天公司。

“哪怕不是建立月球基地,只是做月球旅行的事情,或是在月球上设置一些科研设施,在这一过程中都会研发一些成本低廉、安全性高的新技术,推动人类探月事业的发展。”郑永春表示,商业航天的优势在于极强的利益驱动,敢于试错,技术更新迭代快,有助于技术进步。

同时,他也提到,商业航天发展的关键问题是要找到一个可持续的商业模式,“由于高风险、高投入,一旦失败,找不到回报的路径,企业就很难持续下去。”

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