建设月球基地,破解哪些难题?

建设月球基地,破解哪些难题?
要在月球上建立长期基地,确保航天员能够安全地在基地内生活、工作,还要考虑长期可持续性,确实涉及到很多现实问题。

贝索斯提出的月球着陆器为水选址,考虑到在月球上建立长期有人值守的基地,首先要解决水的供应问题。仅仅依靠地球不断发射货运飞船来解决用水问题,只能支持少数人的生活和探索,无法支撑大规模基地,也不具备应对突发灾害的能力。虽然水循环利用也不能解决全部问题,但在处理过程中总归要发生损耗,最好的办法是在月球上找到一处能开采的水资源。

首选是月球南极艾特肯盆地沙克尔顿陨石坑边缘的一个位置。在报告会上,美国宇航局负责探索系统任务局的副局长道格·库克表示,这里的光照时间长达75%到80%,毗邻一个永久阴影区。后者会保存有一些挥发性物质(水冰),可供提取和使用。NASA曾宣布打算在月球的南极或者北极建立一个前哨站,每6个月轮班一次。该前哨站设计包括以下要素:居住舱、太阳能发电机组、非加压月球车、现场资源利用(ISRU)单元、月表运输车等。

除了NASA提出的备选地点外,民间人士还提出了月球着陆器 月球基地一体化方案,包括月球北极附近的皮尔火山口边缘和马拉珀特火山口边缘的马拉珀特山区等。然而,在月球极地区域,太阳风的吹拂会在火山口边缘的背风侧产生电荷。由此产生的电压差可能影响电气设备、改变材料表面化学性质、侵蚀材料表面,并且导致月球尘埃悬浮在空中。因此,一些人主张在月球赤道地区建立基地。在这个位置,太阳风具有更大的入射角,所以氦-3浓度可能更高,可以采用核电站为月球基地供电。此外,月球赤道与地球赤道面、月球绕地球旋转的白道面基本重合,地月往返的轨道修正量比较小。

考虑到月球表面环境的恶劣,有学者建议使用“随用随化”的机器来实施洞穴内壁的玻璃化,或在月球上找到一些天然形成的洞穴,这些洞穴一般是熔岩管。人们认为在火星上也可能存在熔岩管。如果找到一个合适的熔岩管,将可以对月球基地的建造带来巨大好处。熔岩管可以让基地设施和航天员躲避月球表面的恶劣环境,不受频繁陨石撞击、高能紫外线辐射和高能粒子的袭击,也无需担心空气泄漏问题。当然,也可以省去挖掘人工洞穴的巨大土方工作量。

除了上述设想外,还有人提出在月球上建一座人工山。为此,很多研究者都提出了所谓的双穹顶方案,即先建造一个人造设施,然后用月壤把它覆盖起来。月球土壤主要成分是二氧化硅和含铁化合物,如果能用强大的微波束照射加热并凝结起来,就可以形成玻璃状固体。有人认为这种“月球玻璃”机械性能可能相当不错,是制造刚性结构的一种有前途的材料。也可以用这些月壤烧制成“月球砖”,敷设在金属框架上。此外,3D打印技术被视为一种有前途的建筑技术之一。如果用月壤与氧化镁混合并使用粘合剂“将这种材料转化为石头状固体”,以这种3D打印样机的能力,足以在一周内建成一处房屋。

考虑到无论建造还是生活都需要提供足够的电力,目前使用的供电手段有三种——化学电池、太阳能电池和放射性同位素电源。但考虑到月球没有大气层这一事实,太阳能发电在月昼期间足够使用。而且太阳能电池板生产所需的硅材料、电池板支架需要的铁和铝等材料可以在月球表面开采,对后续月球基地逐步扩大有很大的优势。

日本也提出了他们的月球基地构想。考虑到宇宙射线和高能粒子对航天员的健康影响,有人提出需要建造人工磁场来提供辐射屏蔽。这就需要为月球基地提供强大的电力,而太阳能发电场是否能满足要求让人有些生疑。因此,在月球上建设核电站的合理性似乎也是存在的。但要实现这一构想需要攻克的技术难关很多。

从上述论述可以看出,目前没有哪个基地选址是绝对完美的。因此,人类或许可以考虑在月球上多个不同地点各自建立一个基地,承担不同的任务。这也意味着科学家们已经开始讨论月面交通的问题。在考虑月球车通勤或运输速度太慢的情况下,也有科学家提出铁路的可行性。高铁在无需考虑征地拆迁等麻烦事的情况下可发扬光大,货运列车也能跑出飞机速度!然而乘客们不想穿着航天服坐敞篷火车的话需要在铁路客车中设置生命保障系统。如果要到距离基地比较远的地方进行考察,月球车速度太慢的话也可以考虑飞行过去。在太空
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