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为建深空中转站,科学家开了哪些脑洞

来源:科技日报2019-09-10 09:23

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  月球基地构想图。图片来源:ESA网站

  日前,美国众议院前议长金里奇等人提议悬赏20亿美元,奖励第一个建成月球基地的企业,马斯克的太空探索技术公司、贝索斯的蓝色起源公司都是热门的中奖者。马斯克直言:“这是一个伟大的想法!”

  除了私营太空企业,美国国家航空航天局(NASA)、欧洲太空局(ESA)等政府航天机构也都在计划建设月球基地,达成“殖民月球”的宏伟目标。至今为止,各国都提出过哪些月球基地方案?人类距离“殖民月球”究竟有多远?

  日前,著名航天新闻网站《今日太空》(Universe Today)发表《我们怎样殖民月球》一文,回顾了人类对月球基地的探索之路。

  设想起源早,概念非常多

  早在1638年,一位名叫约翰·威尔金斯的主教就在题为《新世界和另一颗行星》的演讲中,预言人类有一天将学会太空飞行并殖民月球——这是有记载的、关于月球基地的最早设想。

  20世纪50年代,随着载人航天时代的开启,各国科学家开始提出各种月球基地概念和方案。1959年,美国陆军发起一项名为“地平线计划”的研究项目,希望在1967年之前在月球建立一座堡垒。其设想在1965年由两名“士兵宇航员”先行着陆,之后使用“土星一号”逐次运输建筑工人和货物。

  1961年,就在时任美国总统肯尼迪宣布“阿波罗”计划开启的同一年,美国空军根据“地平线计划”的结果发布了一份秘密报告,名为“月球探测计划”,提出1968年之前在月球建立一个地下空军基地。

  整个20世纪60年代,美国国家航空航天局进行多项研究,希望在“阿波罗”计划的基础上建立月球基地,以降低成本并确保可靠性。例如1962年,NASA高级项目经理约翰·德尼克等人构想,在“阿波罗11号”的登陆点“宁静之海”建立地下基地。该基地面积为1300平方米、可容纳21名航天员,依靠核反应堆供电,并配备一个藻类空气过滤系统。

  进入21世纪,随着新一轮探月热兴起,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)、俄罗斯联邦航天局(Roskosmos)、NASA、ESA等全球知名航天机构纷纷提出更具现代意义的月球基地构想。

  深空“中转站”,科研好基地

  人类为何对月球基地如此执着?殖民月球能给我们带来哪些利益呢?毫无疑问,在太阳系的任何天体上建立常驻基地都好处多多,人类可以借此开展科学研究,获取稀有资源,探索新兴技术,并最终迈向更远深空。

  月球是离地球最近的天体,月球基地最突出的作用之一就是充当人类探索火星、金星、小行星以及其他天体的“中转站”。在月球表面和轨道上建立“中转站”,能够为深入太阳系的航天器加油、补给,甚至翻新维修,足以节省数十亿美元的深空探测任务成本。《今日太空》认为,这是NASA决心建立月球轨道空间站、ESA计划建设国际“月球村”的真正原因。

  月球基地的另一个用处就是推动更深入的科学研究。比如通过研究微重力对人体的影响,可为航天员更有效地准备长期太空旅行、火星探测任务提供参考,为人类殖民其他星球铺平道路。同时,月球背面既没有阳光,也没有地球无线电干扰,是建设射电和光学天文望远镜的最佳地址。建在月背的激光干涉引力波天文台能够更好地捕捉引力波,而事件视界望远镜也能更清晰地拍摄黑洞。

  此外,月球的逃逸速度比地球低得多,只有2.38公里/秒,是绝佳的航天发射场。在月球建立酒店度假村、航天博物馆和探险基地等休闲设施,发展太空旅游,也能大大拉动经济发展。

  挑战仍不少,解决亦有招

  月球基地最大的挑战是严峻的自然环境。首先是极端的温度,月球面向太阳一面温度高达117℃,背面则低至-43℃。其次,由于没有大气,流星会毫无阻拦地直接撞击月球,同时磁场的微弱也使月面的宇宙射线辐射强度远超地表。因此,月球基地必须高度密封、内部加压且坚固无比。

  尽管困难重重,各国科学家已经提出了诸多实现手段。正如地球上的房地产开发,月球基地建设的第一个问题就是选址。目前呼声最高的是月球南极的“艾特肯”盆地,那是一个巨大的撞击坑,永久处于阴影之中,温度相对稳定。多个探测任务已经证实该地区存在水冰,可用来制造燃料、氧气以及饮用水。

  在建筑方法上,NASA、ESA等都提出使用3D打印和机器人施工等手段,搭建月球基地设施。自2013年以来,ESA一直与建筑设计公司“Foster+Partners”合作设计国际月球村,他们提出的方案是在月表放置充气框架,然后用月表土壤、氧化镁等制成“混凝土”覆盖其上。NASA则提出用微波轰击月表风化层使其熔化,并3D打印基地建筑。

  在2017年美国航空航天学会主办的航天论坛和博览会上,土木工程师马可·佩罗尼甚至提出在月球基地上覆盖由高压电缆环绕的透明圆顶,以主动屏蔽辐射。

  金里奇曾在2012年竞选美国总统时允诺:如果当选,2020年就建成并运营月球基地。在普通人眼中,月球基地依然很科幻,但在无数科学家和航天工程师心里,月球基地真的并不遥远。(胡定坤)

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