未来“月球城”资源供应设想
2024-11-07李伟
近日，中国科研人员经过深入研究和反复验证，提出一种全新的利用月壤生产水资源的方法，在国际上引起广泛关注。外媒分析，未来的月球基地发展为“月球城”，需要充足的资源供应，除了解决水资源问题，还须解决食品、居住地建筑材料等问题。
供应水资源的新方法
据美国《科学》杂志报道，在嫦娥五号带回地球的迄今为止纬度最高的月壤样本中，中国科研人员发现一种矿物晶体。基于单晶衍射分析和化学分析可知，这种矿物晶体的主要成分为水合物，其中含有水分子和金属元素。尽管并非液态水或者冰，但该矿物晶体中水分子的质量占比高达41%。也就是说，1吨这种矿物晶体约含410千克水分子，且在加热到一定温度后能以水蒸气的形式逸出。
按照中国航天机构的计划，嫦娥八号将于2030年之前被发射到月球上。届时它可能搭载验证性科研装置，在月球上开展月壤制水实验。这个过程使用的能源，并不需要从地球专门运送到月球上，靠太阳能即可满足需求。整个过程的产物只有金属、水以及一些氧化物，既简便可行，又清洁环保。
美国密西西比大学空间科学系教授米歇尔·汉隆表示，人类要在月球上生存，最重要的资源就是水。除了人体需要水分滋养，加工和分解水或冰产生的氢气可以作为燃料，让仪器和机械设备在没有日光照射的情况下运行。汉隆认为，人类未来建设月球基地，应该寻找上述水合物富集的地区，以解决水资源供应问题。
美国航空航天局（NASA）制定了在月球南部地区建设“月球城”的计划，因为那里可能蕴藏着丰富的水资源（以冰的形式存在），可以作为第一批月球居民的饮用水源，还可以用于冷却设备，以及分解出用作燃料的氢气和供人类呼吸的氧气。
汉隆指出，中国提出从月壤中提取水，是向月球基地供应水资源的一种新方法。如果能在月球上成功制备足够的水，那么就能为未来的月球探索和深空探索提供更有力的支持。
是太空运输还是就地取材
据英国《新科学家》杂志报道，在解决水资源问题后，月球基地还须解决居住地的建筑材料问题。月球基地至少要包括休息室、卫生间和实验室，以及用于防止人类骨骼退化和肌肉萎缩的运动空间——这些建筑该如何建造？
一种选择是直接利用月壤。月壤制成的材料具有特殊的反射性，可以充当抵御辐射粒子和热量的屏障。对于如何利用月壤生产建筑材料，以及其他支撑性和辅助性材料，科学家进行了大量研究。可行的方案包括：研究将月壤用作3D打印的原材料，直接在月球上打印出建筑物；在地球上制造出建筑构件，将其运抵月球后再进行组装。NASA的月球基地计划提到，最好避免将大量地球上的材料（例如砖块钢桁架）运往月球，因为太空运输成本高昂。
另一种选择是在月表之下修建居住和活动空间，主要是对天然洞穴进行改造——这被认为是更切实可行的解决方案。意大利科学家经研究指出，月球上存在不少洞穴。欧洲航天局（ESA）认为，这将推动月球科研和人类探月计划迈出重要一步。这类熔岩洞穴可被修建为月球基地，为人类提供居所，并支持人类对月球进行长期探索。
但是，上述解决方案并非没有缺点。月球上的洞穴大都深入月球表面以下100多米——在这样的深度构建生活区和实验区，这在地球上都不是一件容易的事。
除了建筑，月球基地还须解决食品供应问题。目前，空间站上的宇航员所吃的食品是经过水化和加热的，装在特殊的小袋中。这些食品都是在地球上准备好的。如果驻留月球基地的人员完全依靠地月之间的运输获得食品，其成本过高，因此很可能要在月球上自行生产食品。
根据目前已开发出的相关技术，“月球基地菜单”上的食品可能包括由牛肉细胞培育而成的人造牛排，以及在月壤中种植的可食用植物。《新科学家》指出，中国在月壤中发现的水合物中，富含铁和少量钾，这无疑增大了人类在月球上种植作物的可行性。
“月球城”的设想与困难
美国《科学》杂志指出，在各航天大国中，美国率先提出了“月球城”的概念。NASA正致力于在月球南部地区选址，建立名为“阿尔忒弥斯大本营”的月球基地，并完成取水、建造建筑物等一系列工程。为实现这一目标，NASA计划让科研人员和工程人员搭乘SpaceX飞船降落到月球南极地区，开展前期准备工作。
英国贡希利地面站空间工程总监马修·科斯比认为，“月球城”应分阶段建设，类似于搭建空间站。为确保人类生存以及机器人持续工作，“月球城”应设置生活区、交通设施和可靠的发电设施（例如功率足够大的太阳能电池板）。
科斯比表示，一旦这些基础设施被部署到月球上，就将由“人力与机器人混合驱动”的设备进行组装和运行。月球上的许多工作都可以由机器人来完成，仅在某些时候需要人类给予支持。
按照NASA的计划，“阿尔忒弥斯大本营”将发展成为“月球城”。首先需要提上日程的，是保护人类免受致癌的宇宙射线和严酷温度的伤害。接下来，“月球城”将逐步增添更多元素，最终建成太空港和生活、娱乐场所。
“阿尔忒弥斯大本营”计划因面临诸多技术问题一再被推迟。NASA曾表示，该计划将于2026年9月实现。NASA设计的能够绕月球轨道运行的空间站，已经在地球上（NASA研发中心）开工建造。然而，一些业界专家并不看好NASA的“月球基地进度表”。
英国诺丁汉特伦特大学天文学副教授丹尼尔·布朗博士指出，月球上的条件非常恶劣。那里没有能够维持生命的大气层，而且温度极端——从相当于液氮环境的极冷，到高于地球上水沸点的极热。因此，“月球城”需要建成与地球大气层类似的环境，以提供人类呼吸所需的大气；要具备足够的隔热性能，以保持稳定的、令人感到舒适的温度；还要解决运输、生命维持系统等设备运行所面临的种种难题。
英国思克莱德大学空间技术工程师马尔科姆·麦克唐纳预估，NASA的“重返月球”计划难以在2028年之前实现。至于建设“月球城”，最早要到2030年才会开始考虑。
编辑：姚志刚 winter-yao@163.com
