月球基地概述

琳丽+王平+朱恩涌+左光+等

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月球是距离地球最近的天体，是人类开展深空探测的首选目标。月球是研究地球、地月系和太阳系起源与演化的重要对象，也是人类实现向外层空间拓展的理想基地，同时也是研究空间天文学、空间物理学、月球科学、地球与行星科学和材料科学的理想场所。

月球探测工程是当今世界高新科学技术领域中极具挑战性的领域之一。国际月球探测发展规划通常按照“探、登、驻”三步走的策略来制定，在完成无人月球探测工程之后，实施载人登月工程和月球基地工程，是人类实现对月球资源的深度开发和利用的重要手段。

关于月球基地的概念有很多种说法，通常我们把在月球上建立的可供人类长期居住、生活及开展各种技术试验、科学研究和资源开发的各种基础设施统称为月球基地。按照建造阶段的不同，月球基地的发展要经历无人月球基地阶段和载人月球基地阶段。如果不特别指明的话，本书中提到的月球基地均指可供人类居住和生活的载人月球基地。

近年来，在每年由国际宇航联合会（IAC）主办的国际宇航大会上，都有来自世界各地的科学家提出月球基地的建设规划设想。到目前为止，已有近千名来自不同国家的科学家和工程师提出了月球基地的建设方案，同时还提议联合建造国际月球基地。从公开的资料来看，美国、俄罗斯、日本和欧洲空间局等国家和组织，都提出了建设月球基地的规划设想，并为工程实施作了积极准备。

1 月球基地的任务

世界各国的科学家对月球基地任务进行了大量开放式的论证，结果可归结为人类社会资源和能源的重要补给站、特殊环境的天然实验室、特殊材料的生产基地、对宇宙空间的天然观测站、深空探测的中转站等，其最终目的是拓展人类的生存空间，探索浩瀚的宇宙。综合多国科学家的认识，可将月球基地的任务归纳为月球科学研究、月球资源开采利用、科学试验平台、月基空间观测站和载人深空探测中转站等五大任务目标。

（1）月球科学研究

人类对月球的探测已有50多年的历史，对月球的地形地貌、物质分布和空间环境等建立了初步的认识，但总体来看这些认识还非常有限，远远无法达到利用月球、开发月球，建立人类新的生存空间的目的。通过建立月球基地可完成诸如月球地形地貌、地质构造、表面物质组成、内部结构、近月空间和月面环境、月球和地月系的起源与演化等月球科学的研究，也是研究地球、太阳系起源与演化的有效途径。

（2）月球资源开采利用

能源问题是当今人类社会面临的急需解决的重大问题之一，石油、天然气和煤等化石能源的逐渐枯竭将是未来威胁人类生存的首要大敌。目前，科学家正在寻找解决能源危机的途径，并将希望寄托在太阳能和核聚变等清洁高效的能源上。月球拥有丰富的氦3和太阳能资源，很可能成为未来人类新的能源基地。此外，月球上还储存着丰富的硅、铝、钛和铁等，也是未来补充地球矿产资源的巨大仓库；还可通过矿石提炼方法获取月壤中的氢和氧等，直接生产飞行器所需的推进剂等。

（3）科学试验平台

月球没有大气，也没有电磁波的吸收与辐射，仅有弱重力场，使得许多无法在地球上开展的研究、实验、制造和加工，都可在月球上完成。例如，可持续研究钙元素在弱重力场环境下在人体中的循环情况，从而改进关节炎疾病的治疗方法，以及改进心脏和动脉疾病的治疗等；研究在低重力环境下进行晶体的生长，从而研制生物制品、特种材料等；人类在地外长期生存时需建立自给自足的受控生态循环系统，月球基地可进行低重力环境下植物多代繁殖、固体废物微生物处理等技术的研究和试验，这对于验证由植物人微生物组成的循环生态系统是十分重要的。

（4）月基空间观测站

在月球上建立空间科研基地，进行空间天文学等研究，将有助于人类认识月球、地球和太阳系的起源和演化。月球背面是放置天文望远镜的理想场所，其稳定的地质构造，没有大气干扰、光污染，以及永久阴影区的极低温度，都是天文观测值得利用的绝好条件。月球正面永远面向地球，在月球正面建立观测站，可以对地球实施长期监测。此外，月球基地也是监视对地球构成潜在威胁的小天体的观测站，可作为早期预警的前哨站。

（5）载人深空探测中转站

月球是距离地球最近的天体，月球基地将成为人类进入深空的跳板和中转站。由于月球没有大气、磁场，重力加速度只有地球的1/6，因此从月球上发射大型航天器，相较于地球容易得多；可以在月球上实现对航天器的建造、组装、维护和补给，并从月球或月球附近直接奔向深空。此外，月球也是开展人类长期宇宙航行任务的最佳实验场，可以完成诸如生物再生式循环生态系统、宇宙长期航行心理学、低重力环境医学和星体表面探测作业系统等的研究与实验。

2 月球基地的类型

关于月球基地的类型有许多不同的划分方式，归纳起来有以下几种：

1）按照可移动性来划分，可分为移动式月球基地和固定式月球基地。

2）按照基地与月球表面的结合方式，可分为地上基地、半地下基地、地下基地。

3）按照使用寿命来划分，可分为临时性基地、半永久性基地和永久性基地。

4）按照建筑材料划分，可分为利用充气可膨胀展开结构的柔性月球基地、硬结构式的刚性月球基地，以及利用月壤建筑或者在月球溶洞中构建的建筑式月球基地。

5）按照对地球供给的依赖程度，可分为完全依赖式、部分依赖式和自维持式。

6）按照使用用途划分，可分为能源开发基地、农业生产基地、空间制药基地、深空探测中转站以及军事战略基地等。

3 月球基地的发展阶段

月球基地的发展过程通常是初级月球基地（也称为月球前哨站、月球科考站）→中级月球基地→高级月球基地→月球工厂→月球移民区。

由于人类到目前为止对月球的认识和理解还较为有限，因此基于现在的航天技术水平，月球基地的建设过程往往较为复杂，建设周期通常较长。从容纳数人的初级月球基地建设成为可容纳上百人的高级月球基地往往需要数十年的时间，如果最终建设成为月球移民区则需要近百年的时间。endprint

（1）初级月球基地

初级月球基地，也称为临时性月球基地、月球前哨站、月球科考站等，最多可容纳6～20人在基地内作短期停留（几个月），使用寿命1～10年左右，基地的物资供应，特别是生活必需品的供应基本完全依靠地球。基地可以是移动式的，也可以是固定式的。它的主要任务目标是进行近距离科学考察，安放各种月球科学探测仪器，对月面矿石开采、材料制备利用等进行实验，此外还对未来可使用的闭环生态系统进行各种尝试性实验验证。

（2）中级月球基地

中级月球基地，也称为半永久性月球基地、半永久性月球科考站、长期月球前哨站等，最多可容纳20～50人，航天员可在基地内作长期停留，使用寿命在10年左右。中级月球基地一般具有可扩展、可维护的功能，可以进行远距离大范围的科学探测考察，其中航天员主要在基地附近进行考察，机器人承担远距离收集样品和安装仪器等工作。这个阶段的主要任务是研究和验证月球资源的开发和利用技术；建立技术试验基地开展地质科学、生物医学实验等，利用实验性天文望远镜进行深空天文科学研究，对月面资源进行开采和简单加工，有可能生产飞行器所需的推进剂。此外，能对氧、水和食物等消耗品实现部分原位资源利用，开展长期的航天医学和生理学研究，建立起半循环生态系统实验室，为人类长期开展星际航行任务作好准备。

（3）高级月球基地

高级月球基地，也称为永久性月球基地，最多可容纳50～100人，使用寿命可达30年左右。高级月球基地最主要的特征是物资供应基本上实现自给自足，其驻月人数较中级月球基地增加较多，可以进行多种月球矿产资源和月球能源的开发，建设多种先进的地质科学实验室、生物医学实验室、先进的天文观测基地，能够进行推进剂、陶瓷/金属/硅材料生产，特色生物制品合成；可以利用月壤构建各种基地组成部件，基本建立起封闭循环的生态系统。

（4）月球工厂

月球工厂设想能容纳100～250人左右，使用寿命30年左右。月球工厂已经形成循环封闭的生态系统；能够大规模地生产氧，电力与能源全部自给自足；除开采月球矿产以外，还要负责生产一些中型设备，这些设备除供应月球移民区的建设外，还供应对太阳系其他行星和天体的开发之用，作为人类深空探测的中转站。

（5）月球移民区

月球移民区的建设是将数个高级月球基地连接起来，形成一个超大规模的月球基地网，最终形成月球移民区。全部建设完毕可能需要30年时间，以后就将成为人类在月球上一个永久性的定居点。移民人数初始时是几百人，到后来可能达到几千人或几万人。月球移民区的最大特点是各项生活、实验、工作的设施和消耗品等均已实现自给自足，月面移动交通工具丰富发达，可以轻松自如开展地月间往返运输。

4 小结

实施月球基地工程，能够加深人类对月球的理解和开发利用，是实现人类探索深空，最终移居其他星球的重要环节。人类的参与带来了机器人等无法比拟的智能优势和好处，但随之而来的还有大量复杂的问题，尤其是人类在地外天体的生存和工作问题，将产生众多的新系统、新技术，因此可以预计月球基地工程的技术难度将大大超过以往任何一项航天工程。

但是无论怎样，人类探索深空的脚步是不会停止的，我们始终相信：人类对月球的认识、开发和利用是无止境的，月球必将成为人类走向深空的前哨站。随着未来航天科学技术的进步，建设月球基地遇到的各种技术问题终将找到解决方案，月球基地建设的新概念、新方案、新技术将不断地提出，最终将付诸实施！

（摘自中国宇航出版社《载人月球基地工程》）endprint