如何建立永久性月球基地?

編程老妖 發佈 2023-05-04T18:28:03.336364+00:00

少數踏上月球的太空人只在月球表面停留了一天。但如何建立一個持續多年的定居點呢?


少數踏上月球的太空人只在月球表面停留了一天。但如何建立一個持續多年的定居點呢?

如果 1980 年代的Usborne 未來之書是可信的(坦率地說,它是我成長過程中的聖經),那麼在 21 世紀初,隨著平板電視、電動汽車和電話的出現, 「既有聲音又有圖像」——太空人將在月球上的城市生活和工作。

占據由加壓地下通道連接的巨大圓頂,「Moonies」將在被計算機組包圍的控制台上工作,或者在前往月球礦山的途中乘坐月球吉普車在月球表面彈跳。

然而,自從最後一位太空人在 1972 年留下他最後的足跡以來,人類曾經占領過月球的唯一證據只不過是幾面旗幟、三輛漫遊者、十幾個相機和 96 袋人類排泄物(你可以閱讀更多事實阿波羅在這裡)。我們承諾的月球基地到底發生了什麼?

美國宇航局勘探系統開發任務理事會架構開發辦公室的戰略和架構負責人說:「我們今天所做工作的一個重大目標是確保這不是標誌和腳印,然後它會再次被取消。」努朱梅拉西。用非美國國家航空航天局的話來說,這意味著梅蘭西是負責規劃該機構重返月球計劃的關鍵人物之一。

「我們想打下基礎,讓這成為一個不可避免的前進過程,」她說,「我們不會像過去 50 年那樣,花 50 年時間不再探索近地軌道以外的地方。」

而且,到目前為止,該計劃正在實施。美國宇航局的第一個無人駕駛阿爾忒彌斯任務在太空飛行近四個星期後於2022 年 12 月返回地球。它飛越了月球,證明了獵戶座太空艙、歐洲航天局 (Esa) 服務艙和在途中發射它的巨型 SLS 火箭的能力。Artemis II 將於 2024 年將第一批太空人送入月球軌道,而在 Artemis III 期間的十年中期,兩名太空人將在月球南極附近著陸。其中至少有一位是女性。

最後一次阿波羅任務的機組人員 Gene Cernan 和 Harrison Schmitt 在月球表面度過的時間是迄今為止所有太空人中最長的:總共 75 小時。塞爾南將其比作一次野營探險——他們在緊湊型著陸器內的吊床上吃飯和睡覺,然後穿上太空衣前往外面。相比之下,阿爾忒彌斯 III 號的太空人計劃在月球上停留大約一周,他們可以期待更多的居家舒適感——以及更多的空間。

他們將使用的著陸器由 Elon Musk 的 SpaceX 提供,並基於他的 Starship 概念,最初的設想是將 100 人運送到火星。考慮到美國國家航空航天局只想將兩個人送上月球,月球上應該有足夠的空間用於實驗室、用於月球車的存儲空間,甚至還有床、廚房和衛生間等一些居家舒適設施。

「我不知道我們現在可以討論很多細節,」Merancy 說。「但是,是的,[SpaceX] 提出的解決方案超出了我們政府的要求,因此還有其他討論正在討論如何將這筆利潤用於其他目的,但目前還沒有達成任何協議。」

無論 Artemis III 著陸器的最終規格如何,在隨後的任務中,太空人都將在月球上生活更長時間並進行更深入的探索。這很可能涉及他們使用他們的宇宙飛船作為基地,並在加壓的月球車中四處旅行——移動的棲息地在月球表面滾動。

「要獲得月球上的射程,你需要移動系統,機組人員步行不能走得很遠,」Merancy 說。「我們想做的科學是在月球周圍的很多地方,目標是建立能夠進行長達一個月或更好的遠足的系統。」

但是你待的時間越長,風險就越大。

「你正在應對三大挑戰——輻射、極端溫度和隕石撞擊,」位於德國科隆的歐空局歐洲太空人中心 (EAC) 的科學顧問 Aidan Cowley 說。在地球上,厚厚的大氣層和環繞地球的磁泡(稱為磁層)保護我們免受這些最壞影響。

「在月球上,你暴露在危險得多的劑量水平的太陽輻射和宇宙射線中,溫度範圍從白天的 100 攝氏度(212 華氏度)到晚上的 -180 攝氏度(-292 華氏度),」考利說。「然後,你需要做的就是看著月球,你會看到它的隕石坑;它不斷受到微隕石撞擊,隨著時間的推移,這基本上會燒蝕和損壞表面上的任何東西。」


考利沒有從地球上帶來龐大且昂貴的棲息地,而是更喜歡在陸地上生活。「如果你看看我們的文明史,每次我們搬到一個新的地方,一個新的大陸時,我們都會環顧四周尋找那裡有什麼資源,我們用它們來維持自己,」考利說。「這就是我們在全球擴散的方式。」

雖然月球的自然資源不是很明顯——它沒有任何植被、食物或自來水——但它確實有一些礦產資源、陽光和水冰。

「如果你真的想長期這樣做,我們需要充分利用我們帶來或提取的每一種資源,」來自華盛頓特區附近的約翰霍普金斯應用物理實驗室的 Rachel Klima 說。作為月球表面創新聯盟的負責人,Klima 的團隊匯集了航天機構、學術界和工業界,共同規劃月球探索的未來。

「如果你有廢熱,就利用這些熱量……如果你在試圖製造氧氣時有廢金屬,就使用金屬……如果你有廢金屬,就使用廢金屬,」Klima 說。「你不想把東西弄髒!」

在過去的十年裡,考利在科隆的團隊一直牢記這一口號。他們已經變得善於將最豐富的月球資源之一——月球塵埃或風化層——變成磚塊。

「我跟人們開玩笑說我想在月球上建一座磚廠,」他說。「最初每個人都會說,『這太瘋狂了』,但隨後他們開始思考並解決問題。」

歐洲航天局現在已經開發出幾種製造月球磚的方法,並試驗了與月球風化層具有相似特性的塵埃。一種方法直接來自邦德反派手冊,涉及一面巨大的鏡子和一系列放大鏡來聚焦陽光。來自光的熱量被用來融化灰塵,這些灰塵可以分層堆積——一個用於月球灰塵的 3D 印表機。

歐空局的科學家和工程師還通過在太陽能烤箱中加熱灰塵並用微波轟擊風化層來製造磚塊。事實上,他們正在變得非常擅長。

「根據我們的估計,沒有什麼大不了的事情發生,」考利說。「幾萬年來人們一直在砌磚,難的是在另一個世界上做。」 這就是下一步。未來的一個想法可能是實驗性的外星磚匠。

如果成功,那麼磚塊可以用來建造整個月球結構——可能是包裹充氣模塊或重新利用報廢的著陸器。那麼,這是否意味著太空人有一天需要掌握砌磚技能?


「我喜歡我的太空人同事在月球上鋪磚的想法,那會很有趣,」考利承認道。「但我認為它可能會是一個小型自動化系統,也許會使用機器人以協作的方式一起工作,但也許人類可能會在某個時候參與其中,就像建築工地的工頭一樣。」

但即使他們有機器人來建造家園,也不要想像太空人會過上奢侈的生活。「這會很舒適,」Klima 說。「我見過一些設計,其中居住區以不同的方式堆疊,或者有多功能區域,不會有太多隱私。」

八年前,Esa 的前任總幹事 Jan Wörner 首次透露了他在月球上建造村莊的建議。今天,這些計劃似乎並不那麼牽強。航天機構和工業界已經簽署了長期月球基礎設施任務的合同,例如為月球提供通信和導航服務的衛星,並且正在制定從月球冰中提取水和從太陽能發電廠發電的計劃。美國宇航局的願景可能不是唯一的;可能有其他國家(例如中國)有自己的登月野心,或旨在從月球上賺錢的私人企業的計劃。

美國宇航局的 Merancy 謹慎地沒有承諾在未來 10 年內建造月球村,但她相信在未來十年內我們至少將擁有人類在月球上生活和工作的基本基礎:「我認為我們將擁有永久性基礎設施,可重複希望每年都有任務發生,我們應該有很多能力去探索不同的地區。」

因此,冒著重複 Usborne 未來之書的樂觀主義的風險,如果你在 40 年後閱讀這本書,我自信地預測我們將擁有一個月球基地。

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