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如何在月球上建設基地？
（2006年07月13日 15:24:21）
來源︰《太空探索》
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□作者: 吳國興
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在月球上建基地，是一項高技術的工程項目，是一項規模龐大的系統工程，也是人類史無前例的一個創舉。它不同于在南極建科學考察站，也不同于在太空建造大型空間站，它是在一個地球之外的天體上建造一個供人類生活和工作的場所，涉及到當今科學技術的最前沿。在月球上建基地，不是科學幻想，更不是白日做夢，而是一個實實在在的、在本世紀就要實現的工程建設計劃。
月球基地的選址標準
在開始建設月球基地之前要做大量的準備工作，但其中最重要的就是為月球基地選址。月球雖然很大，但不是什麼地方都可以建基地。為月球基地選址，根據不同的目的有不同的標準和要求。如果從操作的方便程度來考慮，則應根據月球軌道和月面情況來選擇；如果從月球資源的開采利用來考慮，則應根據月球資源的分布情況來選擇；如果從科學研究來考慮，甚至可以從月球的背面來選擇。
如果將基地建在月球赤道附近並面向地球，由于月球上每個月分成14個白天和14個黑夜，漫長的黑夜由于沒有陽光，因此必需在白天期間存儲大量能量，以便在黑夜期間使用，這是一個比較復雜的問題。如果將基地建在月球的背面，在那里由于沒有地球無線電波的干擾，非常適合于進行天文觀察，但是給基地與地球上指揮控制中心的通信聯系帶來極大的困難。這樣看來將基地建在月球的兩極是比較合適的。在月球的兩極建基地，不僅可以觀看到地球和太陽，而且地勢比較平坦，還有利于月球飛船的起飛和著陸。另外，如果在月球極區的兩面分別建兩個太陽能發電站，即可保證不間斷的電能供應，因為在任何時候都有一個太陽能發電站在工作。
有人認為，不論什麼樣的目的，月球基地必須滿足三條要求︰第一是基地必須能與地球進行方便的、不間斷的通信聯系；第二是月面比較平坦，有利于月球飛船的安全著陸；第三是月面下有豐富的礦產資源，以便開采和利用。根據第一條要求，基地只能建在月球的正面，因為只有月球的正面才能保證基地與地球進行方便的、不間斷的通信聯系。根據第二和第三條要求，基地應建在月海上，即月面上的陰暗區域，因為這種區域地勢較為平坦。由于月海多集中在月球北極，月球南極月海不多，因此未來的月球基地建在月球北極的可能性很大。
有人主張比較高級的月球基地應建在月球的熔洞內。因為如果將基地建在熔洞內有許多好處，月球熔洞內不僅保溫性能好，而且還可以有效防護航天員不受宇宙輻射和微隕石雨的傷害。因此基地的選址就應該選在有月球熔洞的地方。
2004年美國《月球基地季刊》對月球基地的選址問題曾提出16個需要考慮的因素︰(1)月球飛船能安全降落和著陸；(2)與地球能保持連續不斷的通信聯系；(3) 月球飛船容易發射，需要的推力小，費用低；(4)地形因素（包括隕石坑的密度，月球岩石的密度、大小和移動情況等）；(5)與重點探測區域的距離遠近； (6)是否方便月球基地的建造；(7)白天太陽照明的時間長短（考慮到太陽能發電）；(8)是否有利于將來建造月球工廠；(9)礦藏資源是否豐富； (10)宇宙輻射的強度；(11)表面的溫差變化；(12)是否有利于將來進行天體物理學的研究；(13)是否能建造核電站；(14)遭受流星體撞擊的概率大小；(15)與月球熔洞的距離遠近；(16)能夠接收外部輸送過來的能量。
總之，月球基地的選址是一個關系重大的問題，可能需要有關專家學者的反復研究和論證，因為它直接影響到未來月球基地建設的成敗。
月球基地的發展階段
科學家們對月球基地的發展提出了各種各樣的想法和建議，最典型的是將整個發展過程分為六個階段︰
1.機器人基地
先建機器人基地就是為了用機器人“開路”。這是因為用機器人有四個優點︰第一，建機器人基地比建真人基地便宜；第二，風險較小，無生命危險；第三，基地的初期建設用機器人即可完成；第四，建機器人基地設備簡單，不像真人基地那樣復雜。
2.初級基地
可容納6名成員。研究、設計和建造時間為3個月，使用壽命1年。初級基地可以是移動式的，航天員居住艙的下面有四至六個輪子，可以在月面上行駛，能到各地進行探測和考察；也可以是固定式的，居住艙用可膨脹的材料制成，但頂部必須用月球土壤覆蓋住。膨脹式的優點是質量輕，未膨脹時體積很小，因此給月球運輸帶來極大的方便。首批進駐基地的有6名航天員，大部分是科學家和工程技術人員。每一名航天員要在基地內逗留6個月。月球航天員至少應有12人，分為兩個班組，6個月輪換一次。
3.中級月球基地
可容納24名成員。研究、設計和建造時間為1年，使用壽命10年。中級月球基地由三個空間站艙組成。三個艙由接口艙連接在一起，都埋在月球的地下。艙的上面蓋有1.5∼2.0米厚的土壤，目的是防止宇宙輻射傷害人體，同時還有利于保持艙內的溫度。
4.高級月球基地
能容納 120名成員。研究、設計和建造時間為5年，使用壽命30年。這種月球基地可以建在月球的熔洞內，也可以用鋼筋混凝土建在地下，混凝土是用月球上的岩石經開采和加工混合而成。地球到月球軌道的運輸用可多次使用的重型航天運輸系統，月球軌道到月面的運輸用月球客車。
5.月球工廠
能容納250人。使用壽命30年。月球工廠除開采月球礦物以外，還要負責生產一些重型設備。這些設備除供應月球移民區的建設外，還供應太陽系其它行星和天體的開發之用。
6.月球移民區
人口將從50人增加到2000人。月球移民區的建設是將數個高級月球基地聯結起來，形成一個超大規模的月球基地網，然後形成一個移民區。前後可能需要30年時間，以後就將成為人類在月球上的一個永久性的定居點。
月球基地的主要組成部分
1.居住艙
月球基地的居住艙就是一種可供航天員在里面生活和工作的加壓艙，根據基地的發展階段不同可以建不同的居住艙。初級基地的居住艙可以直接使用飛船的著陸艙，也可以用移動式居住艙。載人飛船著陸艙可供航天員在里面臨時生活和工作30天，里面的設備雖然簡陋，但能可靠保證航天員的生命安全。移動式居住艙不僅適用于初級基地，中級月球基地也可以使用。高級基地一般使用硬結構的固定式居住艙，這種居住艙可以是金屬結構的，也可以是鋼筋混凝土結構的。金屬結構的呈圓筒形，相似于空間站的站艙。無論是金屬結構的或是鋼筋混凝土結構的，都必須埋在地下或是建成半地下，這是為了防止宇宙輻射對基地成員的傷害。
2.生命保障系統
生命保障系統也可稱為維持生命的系統，因為它提供了維持生命的基本要素︰適當的壓力、溫度和濕度，可飲用的水，可供呼吸的空氣、營養豐富的食物以及各種廢物的處理。初級基地的生命保障系統跟載人飛船、航天飛機、空間站上的系統相似，都是非再生式的，氧氣、水和食物要依靠來自地球的補充供應。長期和永久性基地的生命保障系統不能依靠來自地球的補充供應，無論是氧氣、水或食物都要靠自己就地解決。這種生命保障系統是生物再生式的，利用綠色植物的光合作用，可生產食物、氧氣和飲用水，同時還能清除二氧化碳和回收處理廢物。
3.月球表面漫游車
航天員在月面上作野外考察，攜帶著大量的儀器和設備，穿著笨重的月球服，背上還背著沉甸甸的便攜式生命保障系統，雖然月球重力只有地球的六分之一，但完全靠步行也是不可能的，必須提供交通工具。月球表面漫游車根據行駛距離的不同分為三種︰近程、中程和遠程。近程漫游車行駛距離只有幾百米，工作時間在6∼8小時以內；中程漫游車行駛距離為幾千米，工作時間也是6∼8小時以內；遠程漫游車行駛半徑達500千米，而且可以連續工作10天。漫游車的工作時間實際上是生命保障系統提供維持生命的時間。近程和中程漫游車相似于“阿波羅計劃”中的月行車。遠程漫游車的車廂是加壓密封的，由生命保障系統提供氧氣，並維持適當的壓力、溫度和濕度。車上還有一個氣閘艙，供航天員進出車廂用。
4.出艙活動系統
出艙活動是指航天員在月球加壓艙外所進行的各種活動。航天員在艙外的活動包括月球基地的建設和維修，野外的地質考察和標本收集，各種儀器設備的安裝、調試和維修等。月球航天員的出艙活動系統由月球服、便攜式生命保障系統和氣閘艙組成。
月球服和便攜式生命保障系統是連在一起的。便攜式生命保障系統向月球服內提供加壓的氧氣，清除二氧化碳、水蒸汽和臭氣，同時還要保證服裝內適當的溫度。月球服相似于一個微型的加壓艙，將航天員的身體跟月球表面環境完全隔離開，防止惡劣的月球表面環境對航天員的傷害。
5.供電系統
月球基地要正常運行，必須有電力供應。月球基地的發電方式主要是利用核能和太陽能。如果用核能發電，發電站必須做好防輻射的準備，並且發電站的位置必須遠離居住艙。如果用太陽能發電，則需要相當大的場地。此外，月球表面多沙塵，沙塵不僅會覆蓋太陽電池板，而且還對其有腐蝕作用，因此會大大降低發電能力。在這方面太陽能發電站不如核電站。
月球基地上還有一種移動式供電系統，主要用于向漫游車供電，其中主要是遠程載人漫游車，其次是中程載人漫游車，此外還有遠程無人漫游車。遠程載人漫游車在路上往返的時間是10天，在目的地還要停留10天，供電量是10千瓦。移動式電站有4種發電方式︰放射性同位素（鐶238）、光電池、燃料電池，以及用甲烷和氧作燃料的內燃機。
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文章作者:吳國興
責任編輯:skylook
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