李有觀(guān)

“阿波羅”計(jì)劃結(jié)束后，美國(guó)的月球探索計(jì)劃一度沉寂。隨著近些年科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，殖民外星的話(huà)題越來(lái)越熱，而火星似乎是最搶眼的選擇。但就在這種熱議聲中，始終有著不一樣的聲音——重返月球。

“你來(lái)到這里是為了幫助人類(lèi)成為一個(gè)太空物種。”

這是2014年8月在美國(guó)舉行的一場(chǎng)研討會(huì)的宣傳冊(cè)的開(kāi)場(chǎng)白。參加這場(chǎng)研討會(huì)的是美國(guó)航天領(lǐng)域以及其他領(lǐng)域的一些著名科學(xué)家和專(zhuān)業(yè)人士，其中包括美國(guó)遺傳學(xué)家、化學(xué)家喬治·丘奇教授和XPrize基金會(huì)的創(chuàng)始人兼總裁、太空探險(xiǎn)公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼副總裁彼得·迪亞曼蒂斯。這場(chǎng)研討會(huì)的目標(biāo)是：探索和研究在月球上建立人類(lèi)定居點(diǎn)的低成本方案。

“你來(lái)這里是為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)登月計(jì)劃。”宣傳冊(cè)繼續(xù)寫(xiě)道。

美國(guó)航空航天局的天體生物學(xué)家克里斯·麥凱博士協(xié)助組織了這次會(huì)議，之后他在《新太空》雜志上主編了一期特刊，刊登了這次研討會(huì)發(fā)表的9篇論文。這些論文有助于推動(dòng)整個(gè)行星科學(xué)界和商業(yè)航天機(jī)構(gòu)中不斷發(fā)展的想法。9篇論文的細(xì)節(jié)各不相同，但有一個(gè)大致相同的觀(guān)點(diǎn)：我們可以很快在月球上建立一個(gè)永久性的有人居住的基地，而且成本不會(huì)很高。

當(dāng)然，這不是美國(guó)科學(xué)家第一次談?wù)撝胤翟虑虻膯?wèn)題。

“在這之前所有重返月球的計(jì)劃都未能實(shí)施的原因是它們的成本太高了?！笨死锼埂渼P說(shuō)，“美國(guó)的太空計(jì)劃一直處于不計(jì)成本的狀態(tài)中，這要追溯到‘阿波羅計(jì)劃時(shí)期?！?/p>

按照今天的標(biāo)準(zhǔn)，1969年美國(guó)首次將人類(lèi)送上月球的“阿波羅”計(jì)劃的成本高達(dá)1500億美元。

相比之下，《新太空》雜志刊登的論文得出的結(jié)論是，我們可以用100億美元或者更少的錢(qián)在2022年之前建立一個(gè)小型月球基地。

克里斯·麥凱說(shuō)：“最重要的是采用不少新技術(shù)，其中一些甚至與太空毫無(wú)關(guān)系，例如自動(dòng)駕駛汽車(chē)和廢物回收廁所等。這些將在太空中非常有用，并且可以將建立月球基地的成本降低到也許很容易接受的程度?！?/p>

為什么要重返月球？

目前，美國(guó)航空航天局還沒(méi)有再次將人類(lèi)送上月球的計(jì)劃，而是致力在20世紀(jì)30年代登上火星。但是克里斯·麥凱和其他人認(rèn)為，如果我們不首先學(xué)會(huì)在自己的后院露營(yíng)，我們就不可能在火星上徒步旅行。

“我的興趣并不是月球。對(duì)我來(lái)說(shuō)，月球就像一個(gè)混凝土球一樣暗淡乏味。”克里斯·麥凱說(shuō)，“但我們只有首先學(xué)會(huì)如何在月球上建立研究基地，才有可能在火星上建立研究基地。可以說(shuō)月球是火星的研究藍(lán)圖?！?/p>

月球基地將在宇航員前往火星之前為充分測(cè)試新的推進(jìn)系統(tǒng)、棲息艙、通信和生命保障系統(tǒng)提供寶貴的機(jī)會(huì)——前往火星大概需要9個(gè)月的時(shí)間，而前往月球只需要幾天時(shí)間。

問(wèn)題是，美國(guó)航空航天局傾向認(rèn)為自己只能夠負(fù)擔(dān)前往月球或者前往火星的任務(wù)。如果克里斯·麥凱和他的同事提出的建議是對(duì)的，我們就可以同時(shí)負(fù)擔(dān)前往這兩個(gè)目的地的任務(wù)——只需要一種新的思考方式。

重返月球還有其他的理由。迄今我們只探索研究過(guò)月球表面的一小部分，建立一個(gè)永久的月球基地肯定會(huì)推動(dòng)一些有趣的科學(xué)研究。

此外，還有一些國(guó)家都想這樣做，如果各國(guó)合作建造月球站，就可以降低成本，就像建造國(guó)際空間站一樣。

美國(guó)的私營(yíng)航天公司也準(zhǔn)備好重返月球了。許多公司希望在月球上提取水，并將其分解成氫氣和氧氣。氫氣和氧氣能夠作為火箭燃料，供飛往火星的航天器使用。月球旅游也可能成為一個(gè)熱門(mén)市場(chǎng)。

“如果私營(yíng)航天公司承擔(dān)了這部分任務(wù)，美國(guó)航空航天局就只需要負(fù)責(zé)制定有關(guān)的法律法規(guī)?！笨死锼埂渼P說(shuō)，“美國(guó)航空航天局重新登上月球的最快方法就是讓其他人去做?！?/p>

怎樣在月球上建立基地？

關(guān)于建造月球基地，專(zhuān)家提出了不少方法。

許多建議都是利用機(jī)器人探索開(kāi)始的，目的是找到一個(gè)永久居住的完美地點(diǎn)。其中一篇論文提出，“一種名為MoonCats的機(jī)器人（類(lèi)似于Bobcat推土機(jī)，但適合在月球上進(jìn)行挖掘）可以為著陸點(diǎn)和棲息艙平整地形，其他機(jī)器人則安裝太陽(yáng)能電池板”。

在棲息艙模塊到達(dá)之后，一種名為L(zhǎng)unar Surface Mules的機(jī)器人可以幫助安裝它們，為人類(lèi)的到來(lái)做好準(zhǔn)備。

人類(lèi)定居月球很可能是緩慢開(kāi)始的。首先是一小群人在月球上進(jìn)行短暫停留，隨著時(shí)間的推移，任務(wù)時(shí)間會(huì)越來(lái)越長(zhǎng)，規(guī)模會(huì)越來(lái)越大，直到形成一個(gè)永久性的居留站，就像國(guó)際空間站一樣。最終，這個(gè)居留站會(huì)演變成一個(gè)復(fù)雜的、多用途的定居點(diǎn)，可以容納數(shù)百人和他們的孩子長(zhǎng)時(shí)間生活在那里。

一些機(jī)構(gòu)把月球站設(shè)想成科學(xué)基地，而另外一些機(jī)構(gòu)將其想象成更具商業(yè)性的東西。

“月球的一些可能的出口產(chǎn)品包括：來(lái)自永久陰影區(qū)環(huán)形山的水，來(lái)自小行星撞擊地點(diǎn)的貴金屬，甚至可供地球居民使用幾個(gè)世紀(jì)的無(wú)污染燃料氦-3?！逼渲幸患覚C(jī)構(gòu)寫(xiě)道，“隨著往返地球和月球的運(yùn)輸變得越來(lái)越頻繁，越來(lái)越便宜，月球旅游市場(chǎng)就會(huì)開(kāi)始興起，并可能成為未來(lái)重要的收入來(lái)源?！?/p>

需要什么技術(shù)才能夠在月球上生存？

在一個(gè)基本的層面上，我們已經(jīng)知道如何在月球上生存，因?yàn)槿祟?lèi)已經(jīng)在國(guó)際空間站生活了許多年。

“在過(guò)去的14年里，便攜式生命保障系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)PLSS）已經(jīng)在國(guó)際空間站得到了驗(yàn)證?！币患覚C(jī)構(gòu)寫(xiě)道。便攜式生命保障系統(tǒng)可以循環(huán)利用空間站上的水，并且平衡氧氣和二氧化碳的水平。“如今我們已經(jīng)擁有了足夠的生命保障技術(shù)，完全可以支持人類(lèi)在月球上的第一次定居?！?/p>

專(zhuān)家估計(jì)，按照目前的發(fā)射價(jià)格，美國(guó)太空探索技術(shù)公司可以以每年3.5億美元或更低的費(fèi)用為10名宇航員運(yùn)送需要的食物和必需品。

其他技術(shù)也可以用來(lái)降低月球基地的成本。例如，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就可以幫助進(jìn)行規(guī)劃工作。

一個(gè)包含數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)的月球虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，可以成為各種機(jī)構(gòu)探索、操作場(chǎng)景開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)細(xì)化的有力工具，用于熱環(huán)境測(cè)試、結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造和3D打印的工程軟件的進(jìn)一步集成可能會(huì)成為建造托尼·斯塔克風(fēng)格（第一部《鋼鐵俠》電影中的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境）的設(shè)計(jì)環(huán)境的模板，可以在我們重返月球之前大大推進(jìn)月球環(huán)境的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)以及識(shí)別和解決一些問(wèn)題。

利用3D打印技術(shù)可以替換月球站上已經(jīng)損壞的小部件，從而降低發(fā)射成本。

美國(guó)航空航天局的衍生技術(shù)時(shí)代可能即將結(jié)束?？死锼埂渼P說(shuō)，為太空飛行開(kāi)發(fā)高度專(zhuān)業(yè)化且成本昂貴的技術(shù)，然后轉(zhuǎn)化為日常用品的方式將被淘汰，實(shí)際上日常用品都可以適應(yīng)太空飛行?！拔易钕矚g的是蓋茨基金會(huì)的‘廁所創(chuàng)新挑戰(zhàn)計(jì)劃。這項(xiàng)計(jì)劃鼓勵(lì)人們采用新的方法來(lái)處理大小便，并將其回收轉(zhuǎn)化為能源、清潔的水和可用于農(nóng)業(yè)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)?！?/p>

“美國(guó)航空航天局可能花費(fèi)數(shù)十億美元研制一個(gè)太空廁所?！笨死锼埂渼P說(shuō)，“或者我們可以購(gòu)買(mǎi)蓋茨基金會(huì)開(kāi)發(fā)的藍(lán)色廁所?！?h3>下一代技術(shù)

許多負(fù)擔(dān)得起的有關(guān)月球基地的建議都依賴(lài)于目前還不擁有的技術(shù)。不過(guò)這些技術(shù)距離實(shí)現(xiàn)已經(jīng)不遠(yuǎn)了。

太空探索技術(shù)公司研制的“獵鷹”9號(hào)火箭應(yīng)該能夠以相當(dāng)不錯(cuò)的價(jià)格將小型有效載荷運(yùn)送到月球，但如果要運(yùn)送月球棲息艙等較大的有效載荷，就需要更大型的火箭，例如該公司最近研制的“獵鷹重型”火箭。其他策略包括在軌道上給火箭加燃料——這項(xiàng)技術(shù)還沒(méi)有經(jīng)過(guò)測(cè)試。

美國(guó)畢格羅宇航公司研制的充氣式太空艙是未來(lái)月球居住的最佳競(jìng)爭(zhēng)者。這種柔性太空艙可以折疊起來(lái)裝進(jìn)火箭的貨艙中，然后在月球上像彈出式帳篷一樣展開(kāi)。該公司已經(jīng)于2016年向國(guó)際空間站發(fā)射了一個(gè)測(cè)試版本的小型充氣式太空艙，并計(jì)劃于2018年發(fā)射較大的“BA-330”型充氣式太空艙。由于畢格羅宇航公司主要致力利用這些充氣式太空艙在地球軌道上建立商業(yè)空間站，因此該公司的設(shè)計(jì)可能適應(yīng)在輻射水平相當(dāng)高的月球上運(yùn)行。

在月球上應(yīng)該住在哪里？

根據(jù)其中的一篇論文，在月球上選擇房地產(chǎn)時(shí)，需要考慮四個(gè)基本因素：電力供應(yīng)、通信、資源以及機(jī)動(dòng)性。

太陽(yáng)能很可能是未來(lái)月球站主要的電力來(lái)源。問(wèn)題是，月球上的大多數(shù)地方都有長(zhǎng)達(dá)354小時(shí)（約15天）的“夜晚”，這不利于太陽(yáng)能電池的充電。相比之下，月球的兩極可以獲得更多的陽(yáng)光，其夜晚持續(xù)時(shí)間只接近100小時(shí)（4天）。因此，第一個(gè)月球站很可能選擇在兩極的其中一個(gè)極點(diǎn)。

與兩極相比，在月球面向地球的一側(cè)通信會(huì)更容易，但設(shè)在月球或軌道上的中繼站應(yīng)該提供可靠的連接。

在月球的兩極除了可以獲得更多的陽(yáng)光外，在它們深暗的環(huán)形山中，還可能含有大量的冷凍水。這些冷凍水可以被提取出來(lái)為月球站提供水和氧氣，或者轉(zhuǎn)化成火箭燃料以獲利。

雖然月球的北極和南極接收到的光量差不多，但在這次調(diào)查中，北極還是排在南極的前面，因?yàn)樗牡匦伪容^平坦，更容易穿越。

這篇論文特別指出，月球北極皮爾里環(huán)形山的邊緣地帶是建立低成本月球站的首選位置。雷達(dá)和遙感探測(cè)結(jié)果顯示，皮爾里環(huán)形山可能含有水或其他含氫分子，而且地形相對(duì)平整，使機(jī)器人更容易在其冰冷的底部鉆探以獲取資源。

一些即將實(shí)施的任務(wù)——包括美國(guó)航空航天局的“月球手電筒”和“月球冰立方”探月立方體衛(wèi)星任務(wù)——旨在繪制月球上的水分布圖，這可能有助于進(jìn)一步完善對(duì)月球房地產(chǎn)的選擇。

需要多少費(fèi)用？

總體來(lái)說(shuō)，這些論文的共識(shí)是，美國(guó)航空航天局可用100億美元建立一個(gè)月球基地，以后每年的維持成本約為20億美元或更少，這與美國(guó)航空航天局每年向國(guó)際空間站投入的費(fèi)用差不多。據(jù)估計(jì)，只要稍微重新安排一下，美國(guó)航空航天局的現(xiàn)有預(yù)算就能夠滿(mǎn)足需要。

“建立月球基地的成本變得如此之低，也許我們會(huì)考慮不需要美國(guó)航空航天局來(lái)參與。”克里斯·麥凱說(shuō)，“私營(yíng)公司就可以實(shí)施這個(gè)任務(wù)?！?/p>

之前的一項(xiàng)研究估計(jì)，如果月球上存在大量的水，那么一個(gè)基地就能夠自給自足，每年可產(chǎn)生價(jià)值400億美元的火箭推進(jìn)劑。

更重要的是，這樣的基地有可能在未來(lái)10年內(nèi)建成并投入運(yùn)行。

實(shí)際上，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要更長(zhǎng)的時(shí)間，也需要政策的變化和技術(shù)的發(fā)展。不過(guò)克里斯·麥凱認(rèn)為，心理障礙才是最重要的，“如果我們都能夠改變心態(tài)，積極交流和思考如何使其成為現(xiàn)實(shí)，那么這一目標(biāo)就可能早日實(shí)現(xiàn)”。