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[宇宙物理] 如何打造美妙的月球基地

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yexuqing 发表于 2019-3-13 21:48:41 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
 
如何打造美妙的月球基地
发布时间:2019-03-13 08:20:47 文章来源:北京日报 作者:庞之浩 网络编辑:奚小荻





  
  
  月球基地设想图。
  
  欧洲用3D打印机建造的月球基地设想示意图。可容纳4人居住,并能避免陨石碰撞和宇宙射线辐射,以及明显的温差影响。
  新闻背景
  最近,美国航空航天局宣布将在10年内建立一座有人月球基地;俄罗斯也宣布计划于2031年首次载人登月,然后着手打造月球基地。我国已在今年透露,将发射嫦娥8号进行科学探测和试验,以验证建立月球科研基地的可行性。由此表明,人类将在不久的未来掀起打造月球基地的高潮。
  为何建造月球基地
  所谓月球基地,就是在月球上建立可供人类长期居住、生活及开展各种技术试验、科学研究和资源开发等的各种基础设施。
  月球上有很多得天独厚的自然环境适合人类开发。例如,月球表面含有大量的氦3。这种在地球上很难得到的物质是核聚变反应的高效燃料,可为人类提供便宜、无毒和无放射性的能源。因此,有人称月球是21世纪的“波斯湾”。另外,月球上有上百种矿藏,其中5种地球上也没有。
  因为月球比地球稳定得多,且没有大气层和磁场,并拥有弱重力、高洁净的特殊自然条件和自然环境,所以月球可作为对其它星球开展探测和研究的平台,变成进行天体物理学研究、制备一些昂贵生物制品与特殊材料等的理想场所。
  由于月球的引力只有地球的1/6,并拥有可提炼、分解成航天员呼吸所需的空气和深空飞行器所需燃料的水冰,因此它还可作为深空探测的前哨或中转站。
  总之,月球基地可以用于月球科学研究、月球资源开采利用、科学技术试验平台、月基空间观测站和载人深空探测中转站等。简单地说,在月球上能够打造理想的科研基地、能源基地和载人深空探测跳板等。美国还曾把月球当作地球的第八大洲,准备建立军事基地。
  美国现正计划通过国际合作方式研制名为“深空之门”的近月空间站,它将是月球基地建设的中转站,能方便支持月表基础设施建设和航天员在月表活动。
  准备工作十分重要
  在月球上建设规模庞大的基地是一项前所未有的宏伟创新工程,需要花费巨大的人力、物力和财力。为此,在建造月球基地之前要做大量的准备工作。例如,发射月球探测器对月球进行全面探测,目的是为建造月球基地选址;研制充当开路先锋的月球机器人等,为建立月球基地开道铺路。
  建造月球基地首先要全面而深入地了解月球。至今,虽然全球已发射了130多个月球探测器,使人类掌握了不少月球的资料,但要建设月球基地,仅靠这些资料仍然不够。例如月球的两极地区,特别是月球的背面就了解得不多。水是基地选址的重要条件,但根据目前的了解,只有在月球两极终年不见阳光的地方才存在丰富的水冰。所以今后还需要发射更多的探测器对月球,特别是两极地区进行探测。据悉,我国嫦娥6号将在月球南极进行采样返回;嫦娥7号也拟在月球南极着陆,完成综合探测任务;嫦娥8号可能会在月球北极着陆。
  建设不同的月球基地,其选址的标准和要求也不同。例如,如果要建造月球资源基地,就应根据月球资源的分布情况来选址;如果拟建造科研基地,则最好选择在月球的背面,因为那里没有地球无线电波的干扰,很适合进行天文观察。
  一般来说,月球基地选址应考虑几点:一是建在与地球能方便通信的月球正面;二是建在月面比较平坦,有利于月球飞船安全着陆的地方,并要求太阳光呈一定角度照射到月面上;三是建在月面有丰富矿产资源的地方,以便开采和利用。月球基地选址还要满足两个最基本的要求:有充足的阳光和储存丰富的水冰。从目前来看,在月球的两极建基地比较好,因为在那里既地势比较平坦,有利于月球飞船的起飞和着陆,且有一些区域接近于在太阳的永久照射之下,而在太阳照不到的地方有水冰。
  美国早在2009年就发射了用于月球基地选址的“月球勘测轨道器”,它是目前最先进的月球轨道器,今年还多次拍摄到了我国嫦娥4号着陆器和玉兔2号月球车。
  科研与资源的利用
  如果在月球上建立科研基地,就可以大规模、长时间进行月球自身科学研究、月球观测平台研究和月球科学平台研究。其中月球观测平台研究是利用月球特有的环境,将其作为一个观测宇宙和研究宇宙的理想平台。例如,月球没有大气层,重力只有地球的1/6,月震强度只有地震的亿分之一,月背没有人类活动造成的纷杂的干扰,所以很适合建造理想的天文台。另外,与建造空间望远镜相比,月基望远镜在安装、维修和跟踪等方面更容易。
  如果在月球上建立资源基地,则能很好地开发那里的氦3和其它丰富矿藏。
  利用月球基地,可开采月球土壤中丰富的铝、铁、硅,并直接生产成建材来建造房屋;也能采用3D打印技术就地取材建造月球村,欧洲就准备采用这种方案。这样做不仅能节省成本,还可利用月壤建造的半地下房子抵抗月球的极端温差和太阳照射。
  勘测表明,月球两极有大量水冰,开发它既能满足人在月球上的需要,还可把它分解成氧和氢,成为载人登月飞船或在月球中转的火星飞船的燃料。
  为了解决运输问题,降低成本,可直接在月球上建造核电站。它发出的巨大电力除能供月球基地使用外,还可通过中继卫星传送给地球人使用。另外,在月球上建核电站不用担心核泄漏等问题。
  也可以在月球上建太阳能基地,因为月球表面几乎没有大气,太阳辐射可以长驱直入进行高效率发电,而且很容易满足用目前的光电技术进行太阳能发电所需大片光照充足土地的要求,因为月球上有的是土地。
  建造基地具体步骤
  经过长期研究,航天专家们已提出了多种月球基地建造方案,例如:
  第一步:建设机器人基地,用机器人月球基地“打前站”。其优点是比建真人基地经济便宜,设备简单,风险较小,无生命危险。
  第二步:建设可容纳6人、逗留6个月的初级基地。它既可以是固定式的,也可以是移动式的。其中移动式月球基地是将基地的居住舱装上4到6个轮子或机械腿,最大优点是可以让航天员在月球上的不同地方进行调研和考察。
  第三步:建设可容纳24人的中级月球基地。它由3个埋在月球的地下且对接在一起的空间站舱组成,上面盖有1.5米至2.0米厚的土壤,目的是防止宇宙辐射伤害人体,同时还有利于保持舱内的温度。其研制时间为1年,寿命10年。
  第四步:建设能容纳120人的高级月球基地。它可建在月球的熔洞内,也能用由月球岩石加工、混合而成的钢筋混凝土建在地下。从地球到月球轨道的运输采用可多次使用的重型航天运输系统。其研制时间为5年,寿命30年。
  第五步:建设能容纳250人的月球工厂。除开采月球矿物以外,月球工厂还要负责生产一些重型设备。这些设备除供月球移民区的建设外,还供太阳系其它行星和天体的开发之用。其使用寿命30年。
  最后一步:建设能容纳2000人的月球移民区。其建设是把数个高级月球基地联结起来成为一个超大规模的月球基地网。其研究、设计和建造可能需要30年时间,是人类在月球上的一个永久性的定居点。
  (作者为全国空间探测技术首席科学传播专家)
  延伸阅读
  月球基地系统组成
  月球基地一般包括两个最基本、也是最重要的设施,那就是可供航天员生活和工作的加压居住舱和生命保障系统。因为人在登月的全过程中会面临失压、缺氧、低温和辐射损伤4大危险。所以,月球基地也要像其它载人航天器一样,必须有加压居住舱和生命保障系统。
  在月球基地不同的发展阶段可以建不同的居住舱。比如,初级基地的居住舱可用移动式居住舱,也能直接使用登月飞船上的月球着陆器。高级基地一般采用由金属结构或钢筋混凝土结构制成的固定式居住舱。
  月球基地上所使用的生命保障系统也随基地的不同而不同。初级基地的生命保障系统是非再生式的,即其上的氧气、水和食物要依靠来自地球的补充供应。此后建造的基地的生命保障系统是再生式的,即其上的氧气、水或食物都要靠密闭循环处理和绿色植物的光合作用来就地解决。
  除了加压居住舱和生命保障系统外,供电系统、出舱活动系统和月球漫游车也是月球基地上必不可少的重要设施。




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lostgraduate 发表于 2019-4-1 22:32:26 | 显示全部楼层
 

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