文/ 遲惑

▲ 俄羅斯近年來提出的月球基地新設(shè)想

2021年4月23日，中國國家航天局和俄羅斯國家航天集團(tuán)公司聯(lián)合主辦的國際月球科研站宣介會(huì)在南京召開。會(huì)議期間雙方發(fā)布了《中國國家航天局和俄羅斯國家航天集團(tuán)公司關(guān)于合作建設(shè)國際月球科研站的聯(lián)合聲明》。聲明中明確，國際月球科研站將面向所有感興趣的國家、國際組織和國際伙伴開放，在國際月球科研站的規(guī)劃、論證、設(shè)計(jì)、研制、實(shí)施、運(yùn)營等方面開展合作，并歡迎在項(xiàng)目的各個(gè)階段，在任務(wù)的各個(gè)層級，以實(shí)物和非實(shí)物的形式參與國際月球科研站合作。

此前，2020年7月，中國和俄羅斯兩國航天機(jī)構(gòu)確定了國際月球科研站的合作；2021年3月，中俄兩國政府簽署了《關(guān)于合作建設(shè)國際月球科研站的諒解備忘錄》，啟動(dòng)國際月球科研站的合作。根據(jù)中俄兩國計(jì)劃，后續(xù)還將發(fā)布《國際月球科研站實(shí)施路線圖》，以及明確其他有興趣國家或國際組織的加入程序。

多年來，月球科研站的概念一直停留在各國航天計(jì)劃的紙面上，但隨著中俄合作的展開，這一切終將成為現(xiàn)實(shí)。那么，在月球上建設(shè)科研站有什么意義？各國都有過哪些關(guān)于建設(shè)月球基地的設(shè)想和方案？本期特制作“月球基地專題”，帶你一探究竟。

▲ 俄羅斯國家航天集團(tuán)公司給出的2030年中俄聯(lián)合月球站構(gòu)想

在月亮上搞個(gè)基地，這是在神話故事中出現(xiàn)過的場景。中國古代神話中有嫦娥居住的廣寒宮，希臘神話中有主管月亮的塞勒涅。

但是人類認(rèn)真考慮如何登月的問題，是到伽利略發(fā)明望遠(yuǎn)鏡并且建立現(xiàn)代科學(xué)體系之后。諸多數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家通過一代一代的持續(xù)努力，終于真正摸清了月球的尺寸和運(yùn)行規(guī)律。到1638年，一位名叫約翰·威爾金斯的主教（Bishop John Wilkins）寫了一篇關(guān)于新世界和另一顆行星的論述，他在其中預(yù)言了人類在月球上的殖民地。人類航天之父、俄羅斯科學(xué)家康斯坦丁·齊奧科夫斯基等人也提出了建立月球基地的想法。

在蘇聯(lián)時(shí)期，科學(xué)家們對載人月球站有著極高的熱情。那個(gè)時(shí)候的設(shè)計(jì)師們似乎認(rèn)為，自己只要想到，就能做到。

星辰號圖紙問世

美蘇登月競賽啟動(dòng)之后，科羅廖夫和切洛梅展開了激烈的競爭。不過科羅廖夫畢竟擁有更多的人脈和資源，所以他的計(jì)劃也更加龐大，除了登月飛船，還考慮了長期月球基地。其中充滿了奇思妙想和巨大腦洞。然而，隨著科羅廖夫的去世和N-1火箭的失敗，這些計(jì)劃在圖紙上停留了幾十年。中俄聯(lián)合月球科考站的推進(jìn)，會(huì)不會(huì)讓天才的夢想再次閃耀呢？

1962年，科羅廖夫在N-1計(jì)劃草案中提及了“建立月球基地和地球與月球之間的定期交通”。那么，月球基地應(yīng)該是什么樣呢？有一次，科羅廖夫與蘇聯(lián)特種機(jī)器制造設(shè)計(jì)局的總設(shè)計(jì)師弗拉基米爾·巴甫洛維奇·巴敏一起喝茶，非正式地向他提出了這個(gè)問題。巴敏對這件事表現(xiàn)出了巨大的興趣。但怎么才能在月球上建立這樣一個(gè)基地呢？

“你只管設(shè)計(jì)！”科羅廖夫向他保證，“我來想辦法，把它弄到月亮上?！?/p>

于是，這個(gè)月球基地在科羅廖夫的OKB-1設(shè)計(jì)局獲得了“長期月球基地”（DLB）的名號，綽號“星辰”。如今的國際空間站上也有一個(gè)俄羅斯艙段叫做“星辰”，或許是在向DLB致敬吧。按照科羅廖夫的考慮，如果以后需要登上其他行星，也考慮通過使用DLB來建設(shè)基地。蘇聯(lián)特種機(jī)器制造設(shè)計(jì)局在研究當(dāng)中確定了DLB的用途、建設(shè)原則、部署階段以及科學(xué)和支持設(shè)備的組成。因?yàn)槟X洞太大，所以從事這個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)師們都被稱為“瘋子”。

按照設(shè)計(jì)，先用蘇聯(lián)拉沃奇金設(shè)計(jì)局設(shè)計(jì)的無人飛船對月球基地選址進(jìn)行初步勘測。飛船用月球土壤取芯鉆獲取土壤樣本，送回地球進(jìn)行分析，并使用月球車進(jìn)行現(xiàn)場勘測。如果勘查結(jié)果令人滿意，就在當(dāng)?shù)卦O(shè)置無線電信標(biāo)，引導(dǎo)后續(xù)艙段精確著陸。

▲ 蘇聯(lián)科學(xué)家在討論星辰號內(nèi)部結(jié)構(gòu)

▲ 蘇聯(lián)星辰號月球基地想象圖

▲ 星辰號月球基地的機(jī)庫想象圖

第二步，就是發(fā)射載人月球車登陸。按照蘇聯(lián)的文化習(xí)俗，載人月球車用什么做動(dòng)力呢？當(dāng)然是核反應(yīng)堆了！而且蘇聯(lián)核動(dòng)力月球車將采用鉸接式構(gòu)型，運(yùn)載著航天員在月球表面長途跋涉。在月球車的外面，是巖芯取樣器和操縱器。航天員可以在加壓駕駛室內(nèi)采集表面樣本，不需要穿上航天服踏上月球表面。即使在當(dāng)時(shí)，蘇聯(lián)也已經(jīng)把目標(biāo)瞄準(zhǔn)了月球表面的氦-3，準(zhǔn)備在月球上建立核電站。

巴敏設(shè)計(jì)的完成版月球基地是個(gè)宏大建筑。它包括9個(gè)艙段：指揮艙、實(shí)驗(yàn)室/倉庫艙、車間艙、中央節(jié)點(diǎn)艙、醫(yī)療/健身房艙、帶餐廳的廚房艙和3個(gè)生活艙。在這個(gè)大型基地里，將有9名航天員常駐。和“比格羅”的充氣式太空艙不同的是，巴敏的這9個(gè)艙是半充氣結(jié)構(gòu)，只能在縱向伸縮。在太空飛行和月球表面運(yùn)輸期間，這些艙段的直徑控制在4.5米，運(yùn)輸?shù)轿徽归_后，充氣伸展到8.6米長，艙內(nèi)使用面積22.2平方米。

這些艙段不僅僅是待在圖紙上而已，其中一個(gè)艙的原型于1967年在蘇聯(lián)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所進(jìn)行了為期一年的封閉循環(huán)生活實(shí)驗(yàn)。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)帶來了一個(gè)讓人意想不到的結(jié)論?？茖W(xué)家們決定，在每個(gè)艙段上都安裝一個(gè)假窗口，里面裝一臺電視機(jī)，用來顯示地球上的鄉(xiāng)村場景，而且還可以隨著莫斯科的季節(jié)而變化。不但如此，健身艙里的自行車上還有一臺同步電影放映機(jī)，航天員可以騎車“離開”莫斯科，也可以“返回”莫斯科。科學(xué)家們認(rèn)為，這些心理措施對維持航天員的心理健康很重要。

到1971年，星辰號月球基地的設(shè)計(jì)基本完成，雖然此時(shí)科羅廖夫已經(jīng)去世，但米申繼承了他的衣缽。于是，巴敏決定向蘇共中央負(fù)責(zé)軍事與航天事務(wù)的烏斯季諾夫部長進(jìn)行匯報(bào)。巴敏帶來了兩個(gè)“瘋子”設(shè)計(jì)師亞歷山大·葉戈羅夫和弗拉基米爾·葉利塞耶夫。他們開了一場馬拉松式的會(huì)議，在整整6個(gè)小時(shí)內(nèi)，設(shè)計(jì)師們做了9次陳述。最后，烏斯季諾夫同意月球基地的研究工作繼續(xù)推進(jìn)。

蘇聯(lián)還專門為月球探索設(shè)計(jì)了一套月球服，被稱為“金隼”。它與阿波羅航天服有幾個(gè)不同之處：生命支持裝置背包做成一扇門，鉸接在航天服后背上，航天員從這里出入；手臂和腿部分是柔性的，但軀干部分是半剛性的；不使用時(shí)胸部的控制面板可折疊起來；靴子由柔軟的皮革制成。與阿波羅任務(wù)一樣，“金隼”的頭盔也有一個(gè)鍍金的外遮陽板，以防止陽光直射。

自己鉆進(jìn)土里的月球站

大家是不是以為關(guān)于蘇聯(lián)月球基地的腦洞到此為止了呢？

答案是，還沒有！既然是月球基地，就必須有一大片固定設(shè)施。我們在前面提到了9人制月球基地的想法，但暴露在月球表面的艙段會(huì)受到太陽風(fēng)的持續(xù)沖擊，不能長久。要想建立永久性月球基地，必須向下挖掘，把居住艙埋進(jìn)土壤里，讓月壤來充當(dāng)月球基地的防輻射屏障，保證人類長期生存。

于是蘇聯(lián)工程師們進(jìn)一步考慮，向月球發(fā)射兩臺月球車和一個(gè)10米長的居住艙。居住艙內(nèi)部分為兩層，可容納3至6人。飛船上攜帶的初始補(bǔ)給和物資將維持3名航天員至少3個(gè)月的生活。

根據(jù)1967年4月20日登陸月球的美國勘測者-3號探測器的數(shù)據(jù)，蘇聯(lián)工程師認(rèn)為月球土壤可能和軟沙差不多，因此可以直接用來屏蔽輻射。他們計(jì)劃用一輛月球車當(dāng)推土機(jī)，把居住艙的下半部掩埋起來。另一輛月球車上裝有特制的拋沙器，揚(yáng)起月球表面的塵土把居住艙的上面也覆蓋住。然后用一個(gè)可展開的網(wǎng)箱來保持月壤不會(huì)滑落。

假如美國人的數(shù)據(jù)不可靠，著陸地點(diǎn)的表面比較堅(jiān)硬，那么蘇聯(lián)工程師就要采用另一種方案。在月球車上裝備一種特制的切割工具，直接從月壤中切割出一塊又一塊的方形土石，像磚塊一樣，在居住艙周圍建造一道防護(hù)墻。居住艙直接放進(jìn)挖磚過程中形成的坑，坑和墻相結(jié)合就成了一種近似于“地窩子”的結(jié)果，有效抵擋宇宙射線和太陽風(fēng)?，F(xiàn)在，最大的腦洞來了。既然地窩子這么好，有沒有更好的辦法來實(shí)現(xiàn)？蘇聯(lián)工程師提出了一種自行式、自掩埋的居住艙。這個(gè)長6米、寬3.6米的圓筒配備齊全，最多可供6名航天員在里面工作。這個(gè)居住艙將和一輛自行式四輪拖車一起降落在月球，從著陸平臺上卸下、抵達(dá)月球表面平坦地形后，拖車就帶著它，以每小時(shí)6千米的速度開始穿越月球表面，尋找土壤足夠軟的地方“自葬”。

一旦發(fā)現(xiàn)恰當(dāng)?shù)牡匦?，拖車就把居住艙架設(shè)到一套滑軌上。然后啟動(dòng)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，讓居住艙繞著自己的軸線旋轉(zhuǎn)起來。在居住艙外面，是呈螺旋狀排列的刀片。刀片會(huì)依次切入月壤，把它拋出到外面。隨著刨土的進(jìn)程，居住艙會(huì)沿著軌道，在重力作用下逐漸下沉到自己挖的坑里。一旦到達(dá)正確的深度，航天員就要小心地確保艙頂朝上停止旋轉(zhuǎn)。然后，一個(gè)伸縮氣閘從艙內(nèi)延伸出來，為航天員提供進(jìn)入艙內(nèi)的通道。設(shè)計(jì)人員估計(jì)，這個(gè)艙段需要大約4.3小時(shí)才能把自己完全埋進(jìn)月球表面。

▲ 蘇聯(lián)自埋式月球基地工作原理

燒火箭燃料的月球內(nèi)燃機(jī)

如果這個(gè)月球基地屬于腦洞大開，那么其中的月球車就更是叫人佩服蘇聯(lián)工程師的無邊創(chuàng)造力。這種月球車的正式名稱是“多用途月球工程”，縮寫為LIM。這輛核動(dòng)力載人月球車重達(dá)3噸，可以用來承擔(dān)挖土、勘測、貨物運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)，它還兼作起重機(jī)和移動(dòng)式鉆機(jī)。駕駛艙兩側(cè)各裝有一臺遙控起重機(jī)和鉆機(jī)，還配備了車燈、電視攝像機(jī)和窗戶。

▲ 蘇聯(lián)月球工程車想象圖

那么，這輛月球車一定是電動(dòng)的了？當(dāng)然不是。上世紀(jì)六七十年代的蓄電池哪有足夠的電力支持土工機(jī)械作業(yè)呢？那么是核動(dòng)力的？更不是了。3噸的小身板是扛不動(dòng)一個(gè)反應(yīng)堆再加上屏蔽設(shè)施的，這輛車用的是內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力。

看到這里，讀者的腦海里可能馬上蹦出3個(gè)字：“不可能”。月球上沒有氧氣，用什么來供應(yīng)內(nèi)燃機(jī)工作？蘇聯(lián)工程師的腦洞就在這里，既然要通過管道為內(nèi)燃機(jī)提供燃油，那么同樣用管道來提供氧化劑不就行了嗎，何必非要從外界吸進(jìn)來呢？于是，蘇聯(lián)開發(fā)了一種四缸內(nèi)燃機(jī)，它燒的既不是汽油也不是柴油，而是火箭推進(jìn)劑。為了方便從地球運(yùn)到月球，具體燃料選擇正是偏二甲肼和四氧化二氮。這兩種燃料在內(nèi)燃機(jī)的氣缸里一混合，就會(huì)自己燃燒起來，產(chǎn)生燃?xì)馔苿?dòng)活塞，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，廢氣可以通過一個(gè)真空閥排泄出去。一臺發(fā)動(dòng)機(jī)足以驅(qū)動(dòng)車輛，當(dāng)遇到困難地形時(shí)，它還可以啟動(dòng)全輪驅(qū)動(dòng)。

▲ 蘇聯(lián)月球工程車和航天員的對比

這輛四四方方方的月球車還計(jì)劃配套兩個(gè)自行式平臺，每個(gè)平臺上有獨(dú)立的推進(jìn)劑罐和一對由傳動(dòng)系統(tǒng)連接的輪子，這樣每個(gè)平臺就可以獨(dú)立適應(yīng)地形變化。前平臺將配備機(jī)械臂和犁，而后平臺設(shè)置一個(gè)加壓艙，里面可以容納一名未穿航天服的駕駛員。在緊急情況下，這個(gè)艙里還能再擠進(jìn)去一個(gè)人。另外，航天員可以從月球基地內(nèi)遙控月球車，甚至地球上的控制中心也可以這樣做。

然而N-1火箭最終失敗，并且在1974年5月被取消，使得蘇聯(lián)的月球基地的計(jì)劃停留在了紙面上。即使N-1火箭成功，以1997年的價(jià)格計(jì)算，“星辰”月球基地造價(jià)高達(dá)800億美元，以當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)經(jīng)濟(jì)的經(jīng)濟(jì)狀況，也未必能支撐這個(gè)項(xiàng)目的成本。

▲ “月球-25”著陸器

重振旗鼓的“月球-25”

俄羅斯并不僅僅只是等著和中國的合作，他們自己也在重新啟動(dòng)月球探測工程。有意思的是，新一輪的月球探測器型號不但繼續(xù)由蘇聯(lián)時(shí)代的老設(shè)計(jì)局承擔(dān)，還延續(xù)了蘇聯(lián)時(shí)代的編號。2020年8月初，俄羅斯國家航天集團(tuán)公司宣布，正在研制月球-25著陸器，有關(guān)的科學(xué)儀器已經(jīng)從俄羅斯科學(xué)院空間研究所（IKI）交付給拉沃契金科研生產(chǎn)聯(lián)合體，計(jì)劃在2021年10月發(fā)射。

俄羅斯國家航天集團(tuán)公司在當(dāng)時(shí)的聲明中說：“‘月球-25’意味著俄羅斯長期月球計(jì)劃的開始，包括進(jìn)入月球軌道、登月，從月球表面采樣和返回地球，以及建設(shè)探月基地、在月球上展開全面建設(shè)。”

對于“月球-25”計(jì)劃，歐空局也異常激動(dòng)。歐空局人類和機(jī)器人探索主管大衛(wèi)·帕克說：“我們都在等待俄羅斯重新啟動(dòng)月球探測計(jì)劃?！彼硎荆霸虑?25”上裝有8種俄羅斯自己研制的科學(xué)儀器，著陸到月球南極之后，將探索和評估當(dāng)?shù)氐乃闆r，為將來多國聯(lián)合探索創(chuàng)造條件。歐空局在“月球-25”上搭載了一個(gè)叫做“領(lǐng)航員D”的小型相機(jī)，它的目標(biāo)是驗(yàn)證技術(shù)，為后續(xù)精密著陸和避撞相機(jī)的研制提供基礎(chǔ)條件。而后一種相機(jī)的服務(wù)對象，是俄羅斯正在研制、打算在2024年發(fā)射的“月球-27”著陸器?！霸虑?27”還將攜帶歐空局的“前景”鉆探機(jī)和一個(gè)微型實(shí)驗(yàn)室，它們將和另一臺俄羅斯儀器協(xié)作，在月球表面尋找水冰和其他化學(xué)物質(zhì)。

為什么有關(guān)人士如此看重“月球-25”？這是因?yàn)樯弦淮尉幪枴霸虑颉钡娜蝿?wù)，也就是“月球-24”，還是在1976年發(fā)射的，距今已經(jīng)有45年之久。俄羅斯還能不能組織起一場成功的月球探索，人們多少還是有點(diǎn)疑問的。歐空局方面擔(dān)心，俄羅斯存在著技術(shù)和管理方面的風(fēng)險(xiǎn)。帕克也指出，“月球-25”“是為了重建（俄羅斯）在繼續(xù)執(zhí)行更宏大任務(wù)之前所擁有的能力?！?/p>

“月球-25”能不能按期發(fā)射，將標(biāo)志著俄羅斯月球探索能力的重建是不是成功。