原標(biāo)題：建立一個(gè)月球基地有多難？

　　來(lái)源：趣科普（ID：qukepu）丨作者：小菌

　　今年，德國(guó)科隆將舉辦有史以來(lái)規(guī)模最大的月球模擬體驗(yàn)。

　　在一個(gè)占地超過(guò)1000平方米的人造月球上，科學(xué)家連接到起重機(jī)和滑輪系統(tǒng)，來(lái)模擬月球的重力變化。

　　當(dāng)需要休息的時(shí)候，還可以進(jìn)入休息區(qū)內(nèi)，體驗(yàn)在地球上生活的場(chǎng)景。

　　這一月球模擬真正目的還是暴露了人類的“野心”——移民月球！

　　自美國(guó)宇航員1969年登月以來(lái)，到目前為止，還沒(méi)有第二批人類登上過(guò)月球。

　　之后造訪月球的基本都是冷冰冰的金屬探測(cè)器，與冰冷寂靜的宇宙倒是完美融合。

　　而如果人類要移民月球，至少得在月球表面建立一個(gè)長(zhǎng)期的定居基地，這樣才能保證基本的生存。

　　不過(guò)月球可不比地球，在月球表面建立一個(gè)基地可太難了。

　　首先要解決的問(wèn)題是水源。

　　從地球運(yùn)輸?shù)�水去月球，�?duì)于長(zhǎng)期定居的月球基地顯然不太現(xiàn)實(shí)。

　　而多年以來(lái)，在月球赤道收集的巖石樣本都表明了這個(gè)衛(wèi)星是干燥，不含水的。

　　不過(guò)，隨著探索逐漸兩極化，探測(cè)器在月球的兩極發(fā)現(xiàn)了冰塊的存在，并且根據(jù)分析，每極可能含有100億噸的冰層。

　　這似乎出現(xiàn)了一絲機(jī)會(huì)？

　　可惜還是不夠。

　　盡管發(fā)現(xiàn)了冰塊，對(duì)于冰層的厚度，冰層是與土壤混合還是單獨(dú)的存在，目前尚不可知。

　　為了解決這些問(wèn)題，印度Chandrayaan—2月球車和俄羅斯的LUNA27登陸器將于2022年登月探測(cè)。

　　探測(cè)還是后話，現(xiàn)在還有一個(gè)更重要的工作需要進(jìn)行，那就是采集冰塊。

　　在月球上進(jìn)行采集工作最大的困難就是能源，因?yàn)橥诰驒C(jī)器需要能量來(lái)工作。

　　在太空環(huán)境中，一般是依賴于钚電池這種同位素電池自然衰變來(lái)產(chǎn)生能量，不過(guò)這種電池費(fèi)用昂貴，用于開(kāi)采冰塊有點(diǎn)大材小用了。

　　這樣看來(lái)，挖掘機(jī)器的能量好像只能從一個(gè)地方獲取了。

　　那就是太陽(yáng)系中最大的能量體——太陽(yáng)。

　　科學(xué)家從挪威南部Rjukan鎮(zhèn)借用了一種特殊的“引光”方法。

　　Rjukan鎮(zhèn)因?yàn)榈靥幧焦忍�，所以很難享受到陽(yáng)光的沐浴。

　　當(dāng)?shù)卣�府在小�?zhèn)旁的高山上建造了幾面巨大的反射鏡，將太陽(yáng)光投射到谷底，讓小鎮(zhèn)上的人也可以生活在陽(yáng)光之下。

　　在月球上，已探明的冰層位于永久陰影的隕石坑中，這是太陽(yáng)系中已知的天然最冷點(diǎn)。

　　利用巨大的反射鏡，來(lái)自高峰的太陽(yáng)光可以直接進(jìn)入到隕石坑，畫(huà)墨消方塊在里面通過(guò)日光的能量把冰塊融化。

　　收集的液態(tài)水運(yùn)到加工廠，一部分經(jīng)過(guò)處理變成可飲用的水源。

　　另一部分通過(guò)太陽(yáng)能電力分解為氫氣和氧氣，然后這些氣體還可以儲(chǔ)存起來(lái)，用作火箭推進(jìn)劑。

　　水的問(wèn)題解決了。

　　下一個(gè)人類必需的生存條件——氧氣。

　　雖然電解水可以得到些許氧氣，但是這不能作為主要的氧氣來(lái)源。

　　那么在月球上還有什么辦法可以獲得氧氣呢？

　　從月球上的土壤中，也就是Regolith（風(fēng)化層）。

　　風(fēng)化層在月球表面隨處可見(jiàn)，其中含有二氧化硅和其他金屬氧化物。

　　如果按照元素劃分，月球土壤含有43%的氧，21%的硅，13%的鐵，8%的鈣，6%的鋁，5%的鎂和4%的其他元素。

　　也就是說(shuō)，其中的含氧量非常高。

　　那么現(xiàn)在問(wèn)題就在于要如何從土壤中制出氧氣呢？

　　2010年美國(guó)NASA航天局在夏威夷群島進(jìn)行了月球模擬實(shí)地測(cè)試，其中就包括了從土壤中制出氧氣。

　　在夏威夷莫納克亞火山發(fā)現(xiàn)的特弗拉火山灰，是一種和月球表面土壤很相似的礦物。

　　研究人員使用風(fēng)化層進(jìn)料系統(tǒng)，將火山灰倒入進(jìn)料系統(tǒng)，通過(guò)進(jìn)料系統(tǒng)簡(jiǎn)單處理后，再輸送到反應(yīng)堆。

　　經(jīng)過(guò)反應(yīng)堆中甲烷的碳熱還原過(guò)程，把氧氣從土壤中分離出來(lái)，最后使用旋風(fēng)分離器把廢料和氣體分離開(kāi)。從而得到氧氣。

　　不過(guò)這種方法尚未在低重力環(huán)境下實(shí)驗(yàn)，但是這次模擬驗(yàn)證了從月球土壤中獲取氧氣是可行的。

　　而且從土壤中提取氧氣還有一個(gè)好處是在月球上任何一個(gè)地方都可以進(jìn)行，這對(duì)于遠(yuǎn)離兩極的科學(xué)研究有很大的幫助。

　　有了水，氧氣，還需要什么呢？

　　“隊(duì)長(zhǎng)！隊(duì)長(zhǎng)，那邊下雨了，我們?nèi)ツ亩阌臧。縪ver！”

　　“你跟我在這鬧呢？月球怎么會(huì)下雨？”

　　“隊(duì)長(zhǎng)，你沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)流星雨嗎��？”

　　沒(méi)錯(cuò)，因?yàn)樵虑驔](méi)有大氣層，偶爾下點(diǎn)“小隕石雨”也是家常便飯，所以在月球上定居還需要一個(gè)穩(wěn)定的庇護(hù)所。

　　根據(jù)月球表面的地形，在天然形成的洞穴，峽谷，或者隕石坑內(nèi)，可以來(lái)建立庇護(hù)所，而建筑材料也來(lái)源于風(fēng)化層。

　　科學(xué)家將月球表面的風(fēng)化物樣本，在1100℃的高溫下將它們結(jié)合在一起，形成了不規(guī)則的磚塊。

　　來(lái)自維也納的建筑公司Bollinger Grohmann Schneider和Liquifer Systems Group在去年4月份展示了用磚塊制作的拱門和圓頂。

　　但是材料的強(qiáng)度還不到混凝土的五分之一，畫(huà)墨消方塊制作一塊磚塊的時(shí)間也需要花費(fèi)五個(gè)小時(shí)之久，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到建筑的要求。

　　當(dāng)然除了水，氧氣，庇護(hù)所這些問(wèn)題之外，宇宙射線，輻射，長(zhǎng)期定居需要的食物，建立月球外部環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)等問(wèn)題也是不容忽視的。

　　不過(guò)上述這些問(wèn)題都能利用科學(xué)技術(shù)克服，建立月球基地最大的困難還是世界各國(guó)對(duì)于在月球建立基地目前沒(méi)有統(tǒng)一的意見(jiàn)和相關(guān)的政策支持。

　　所以任何一個(gè)國(guó)家都不會(huì)允許某個(gè)國(guó)家單獨(dú)在月球上建立營(yíng)地。

　　那太可怕了。

　　本文參考資料來(lái)源于：

　　Fischer HR。 In-situ resource utilization–feasibility of the use of lunar soil to create structures on the moon via sintering based additive manufacturing technology。 Aeron Aero Open Access J。 2018，2（4）：243-248。

　　中科院物理所

　　NASA——Performance of Regolith Feed Systems for Analog Field Tests of In-Situ Resource Utilization Oxygen Production Plants in Mauna Kea， Hawaii

　　Nature——How to build a Moon base

　　NASA——The Moon and Mercury May Have Thick Ice Deposits

　　PNAS——Direct evidence of surface exposed water ice in the lunar polar regions

　　圖片來(lái)源于：

　　Maciej Rbisz，NASA，bing圖片，美國(guó)國(guó)家地理，nature，Regolith

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