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為建深空中轉站,科學家開了哪些腦洞
2019-09-11 07:33:44 來源: 科技日報
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  日前,美國眾議院前議長金裏奇等人提議懸賞20億美元,獎勵第一個建成月球基地的企業,馬斯克的太空探索技術公司、貝索斯的藍色起源公司都是熱門的中獎者。馬斯克直言:“這是一個偉大的想法!”

  除了私營太空企業,美國國家航空航天局(NASA)、歐洲太空局(ESA)等政府航天機構也都在計劃建設月球基地,達成“殖民月球”的宏偉目標。至今為止,各國都提出過哪些月球基地方案?人類距離“殖民月球”究竟有多遠?

  日前,著名航天新聞網站《今日太空》(Universe Today)發表《我們怎樣殖民月球》一文,回顧了人類對月球基地的探索之路。

  設想起源早,概念非常多

  早在1638年,一位名叫約翰·威爾金斯的主教就在題為《新世界和另一顆行星》的演講中,預言人類有一天將學會太空飛行並殖民月球——這是有記載的、關于月球基地的最早設想。

  20世紀50年代,隨著載人航天時代的開啟,各國科學家開始提出各種月球基地概念和方案。1959年,美國陸軍發起一項名為“地平線計劃”的研究項目,希望在1967年之前在月球建立一座堡壘。其設想在1965年由兩名“士兵宇航員”先行著陸,之後使用“土星一號”逐次運輸建築工人和貨物。

  1961年,就在時任美國總統肯尼迪宣布“阿波羅”計劃開啟的同一年,美國空軍根據“地平線計劃”的結果發布了一份秘密報告,名為“月球探測計劃”,提出1968年之前在月球建立一個地下空軍基地。

  整個20世紀60年代,美國國家航空航天局進行多項研究,希望在“阿波羅”計劃的基礎上建立月球基地,以降低成本並確保可靠性。例如1962年,NASA高級項目經理約翰·德尼克等人構想,在“阿波羅11號”的登陸點“寧靜之海”建立地下基地。該基地面積為1300平方米、可容納21名航天員,依靠核反應堆供電,並配備一個藻類空氣過濾係統。

  進入21世紀,隨著新一輪探月熱興起,日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)、俄羅斯聯邦航天局(Roskosmos)、NASA、ESA等全球知名航天機構紛紛提出更具現代意義的月球基地構想。

  深空“中轉站”,科研好基地

  人類為何對月球基地如此執著?殖民月球能給我們帶來哪些利益呢?毫無疑問,在太陽係的任何天體上建立常駐基地都好處多多,人類可以借此開展科學研究,獲取稀有資源,探索新興技術,並最終邁向更遠深空。

  月球是離地球最近的天體,月球基地最突出的作用之一就是充當人類探索火星、金星、小行星以及其他天體的“中轉站”。在月球表面和軌道上建立“中轉站”,能夠為深入太陽係的航天器加油、補給,甚至翻新維修,足以節省數十億美元的深空探測任務成本。《今日太空》認為,這是NASA決心建立月球軌道空間站、ESA計劃建設國際“月球村”的真正原因。

  月球基地的另一個用處就是推動更深入的科學研究。比如通過研究微重力對人體的影響,可為航天員更有效地準備長期太空旅行、火星探測任務提供參考,為人類殖民其他星球鋪平道路。同時,月球背面既沒有陽光,也沒有地球無線電幹擾,是建設射電和光學天文望遠鏡的最佳地址。建在月背的激光幹涉引力波天文臺能夠更好地捕捉引力波,而事件視界望遠鏡也能更清晰地拍攝黑洞。

  此外,月球的逃逸速度比地球低得多,只有2.38公裏/秒,是絕佳的航天發射場。在月球建立酒店度假村、航天博物館和探險基地等休閒設施,發展太空旅遊,也能大大拉動經濟發展。

  挑戰仍不少,解決亦有招

  月球基地最大的挑戰是嚴峻的自然環境。首先是極端的溫度,月球面向太陽一面溫度高達117℃,背面則低至-43℃。其次,由于沒有大氣,流星會毫無阻攔地直接撞擊月球,同時磁場的微弱也使月面的宇宙射線輻射強度遠超地表。因此,月球基地必須高度密封、內部加壓且堅固無比。

  盡管困難重重,各國科學家已經提出了諸多實現手段。正如地球上的房地産開發,月球基地建設的第一個問題就是選址。目前呼聲最高的是月球南極的“艾特肯”盆地,那是一個巨大的撞擊坑,永久處于陰影之中,溫度相對穩定。多個探測任務已經證實該地區存在水冰,可用來制造燃料、氧氣以及飲用水。

  在建築方法上,NASA、ESA等都提出使用3D打印和機器人施工等手段,搭建月球基地設施。自2013年以來,ESA一直與建築設計公司“Foster+Partners”合作設計國際月球村,他們提出的方案是在月表放置充氣框架,然後用月表土壤、氧化鎂等制成“混凝土”覆蓋其上。NASA則提出用微波轟擊月表風化層使其熔化,並3D打印基地建築。

  在2017年美國航空航天學會主辦的航天論壇和博覽會上,土木工程師馬可·佩羅尼甚至提出在月球基地上覆蓋由高壓電纜環繞的透明圓頂,以主動屏蔽輻射。

  金裏奇曾在2012年競選美國總統時允諾:如果當選,2020年就建成並運營月球基地。在普通人眼中,月球基地依然很科幻,但在無數科學家和航天工程師心裏,月球基地真的並不遙遠。

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【糾錯】 責任編輯: 李浩
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