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月球上建基地要做哪些准备? 采掘水或是首要任务

2019-02-23 08:22:00 来源: 科技日报 作者: 张梦然

  是时候该问一问了——

  在月球上建基地要做哪些准备?

  本报记者 张梦然

  月球探索的前景正变得明亮起来。与此同时,人类在月球上建立基地的计划开始受到越来越多人关注,并被认为已在逐步推进。

  尽管航天机构通常都不会预告这一时间表——部分原因在于月球驻人基地的目标很可能会超过预算周期,另一部分原因则是他们需要企业来为各个阶段提供资金。不过近些年,欧空局(ESA)主席一直强调,若干国家和企业计划合作建立人类半永久性月球基地,他称之为——月球村。

  英国《自然》杂志近日发表一篇新闻特写,内容就是关于在此时机,人类该如何在我们的卫星“安营扎寨”。

  水,水,水

  只要到了别的星球,第一个挑战都是采掘水。

  阿波罗计划曾从月球赤道上取回部分样本,显示那里是异常干燥的。不过,十年前发现月球极地有水冰的惊天消息,改变了一切。

  现在,NASA已经委托几家公司开发可以携带采掘设备的月球探测器,最早明年就开始动工。科学家们认为,月球上的水足够多,根据目前的数据估计,可能两极各有100亿吨。

  大部分的冰都会被采掘出来用作燃料。根据科学家的计算,私营矿业公司每年只需要采掘1000吨左右的水,并将其电解成为氢和氧,用作燃料就可以获利。

  不过,-249℃的月球坑可以说是太阳系中最冷的地方之一,这意味着挖掘器械需要额外的热量和能量才能采出这些水并将其转换成燃料。对私营公司来说,基于自然衰变产热的钚基电池太贵了,所以采掘最可能是利用太阳的能量。

  其实,月球上也有另一种水源:月球土壤。其也被称为表岩屑,里面含有硅和金属氧化物,大约平均43%质量分数的氧。理论上看,将月球土壤加热到超过900℃,在这一温度下,宇航员从地球带上去的氢气或碳就可以把氧从矿物中“剥”出来,和氢元素结合形成水。

  从土壤里提取氧的过程,还能产生一些稀有金属作为不错的副产物。不过,科学家也计算了一下,将氧从化学键中释放,其实比加热冰更耗能。

  是另一个南极吗?

  与采掘水冰的利润问题相比,科学家们更关心的是:建造一个用于科学实验的基地。这可能会让月球变成像南极科考站似的情况,其完全出于科学兴趣而为。

  美国西南研究院的行星科学家罗宾·坎纳普表示,科学家对重返月球后可以做的实验充满期待。譬如,古老的月球坑采样实验就可揭示出地月系统是如何形成的,当时太阳系仍然处于早期状态,小行星还在撞击月球。科学家还希望能够分析月球的水循环和地震学,再安装一个免受地球干扰的大型射电望远镜,专攻早期宇宙辐射。

  但南极再艰苦也是在地球上,月球却几乎没有大气和磁场的防护,因此基地的房子必须能抵抗带电粒子辐射以及小型陨石。最开始的简易居住所可能要从地球带过去,再用厚达几米的沙土或表岩屑层层覆盖。

  月球上也有些自然条件可以利用——悬崖、峡谷、山洞和熔岩洞,都可以保护基地。根据日本“辉夜号”飞船以及美国“圣杯号”探测器提供的信息,月球正面马利厄斯丘陵就有一条“候选”隧道,长达数千米。

  现在,研究人员正在地球上试验如何更好地完善月球建筑:德国航空航天中心(DLR)实验室里,科学家利用表岩屑培养人工石,目前,砖块已经有混凝土五分之一的强度了。

  作物可以自己种

  一个自给自足的月球基地里,最后一项要素就是食物。在封闭生态系统中,植物可以循环利用有机废物,并将二氧化碳转化为可呼吸的氧气。NASA肯尼迪航天中心科学家罗伯特·穆勒认为,如果人类在月面上只是短期逗留,又无法就地培育食物的话,基地项目可以说就没什么指望了。

  但中国的志愿者早已经在“月宫1号”模拟基地的封闭生态系统里破纪录地居住了370天,他们在里面种植作物,并通过养黄粉虫来获取蛋白质。而今年1月15日,中国科学家在嫦娥四号生物科普试验载荷新闻发布会上宣布,人类首次在月面的生物生长培育试验成功,棉花种子成为在月球上种植出的第一株植物嫩芽。

  对国际空间站(ISS)的宇航员来说,他们已经吃过在太空种植的生菜等绿叶蔬菜了。NASA肯尼迪航天中心内,有一个项目就叫做“蔬菜”(Veggie),目的是选择出能在密闭空间里茁壮成长,且富含维生素C1、维生素K和钾(这些营养素在存储中最容易流失)的蔬菜,最终甘蓝拔得头筹。

  其实早在2017年底,美国探月计划就被认为出现了转向。但和再来一次阿波罗计划相比,航天机构可能倾向于逐渐建立一个可持续性的基地。

  综上来看,月球基地可以开展科学实验,可以为人类登陆火星提供测试场地;另一方面,私人企业也可以通过采掘氧气和氢气作为燃料来获利。那么以后,我们抬头看地球的卫星,可能如同在看一个加油站——它可能是人类实现长途空间旅行的基石。

  (科技日报北京1月20日电)

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责任编辑:王云峰

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