中国月球基地：将就地取材 远程操作机器人工作

http://news.ifeng.com/mil/4/detail_2013_11/15/31283177_0.shtml

今年年底，令人瞩目的嫦娥三号月球探测器即将发射升空，从而实现我国探月工程二期重要的软着陆任务。而就在近期举办的2013年中国国际工业博览会上，国产月球车的模型已经提前与公众见面了。

事实上，随着21世纪初美国总统布什提出重返月球的计划以来，俄罗斯、欧洲、日本、印度都相继加入了发射月球探测器的阵营。毫无疑问，进行月球探测将是各国重要的空间发展战略，这似乎也让人们看到了建造月球基地的希望。

永久性的月球根据地

距离人类第一次踏上月球已经近半个世纪。在1958年至1976年，因美苏的空间竞赛带动的首次探月高潮过后，人类的探月旅程进入了一个相对冷淡的时期。

到了上世纪80年代末，美国国家宇航局(NASA)开始构思重返月球的计划，90年代即提出了“要建成第一个具有生命保障系统的受控生态环境的月球基地”的设想。

2004年，时任美国总统的布什正式提出了载人航天项目“星座计划”，计划2020年美国宇航员重返月球，并在月球建立永久性的基地。根据这项计划，未来首先将由4名宇航员组成小组登陆月球，并在月球表面停留7天。随后，美国将开始建设月球基地，其中包括电力供应系统、月球车装配区及宇航员居住区等。最终的月球基地将可以保障宇航员在月球上持续居住180天。

至此，新一轮探月高潮也随之开始，欧洲、俄罗斯相继提出建立月球基地的计划。据国外媒体报道，欧洲宇航局和一家建筑公司甚至提出，将用机器人基于3D打印技术利用月球土壤来建造月球基地的设想。

中科院国家天文台原研究员李竞认为，近年来，各国对于探月的热情指向非常明确。鉴于月球丰富的物质资源、优良的空间环境、空间轨道资源，试图对其进行开发和利用。

以开发月球资源为主要任务

中国宇航学会副理事长兼秘书长杨俊华告诉《中国科学报》记者，月球基地的主要价值将主要体现在开发新型能源\矿产资源以及建立深空探测空间站等方面。

根据中国科学院院士欧阳自远在《月球探测与人类社会的可持续发展》一文中的介绍，月壤中富含稀有气体组分，其中就包括氦3。众所周知，相比目前正加速发展的利用氘和氚反应的热核聚变反应堆来说，用氦3进行核聚变反应具有更多的优点。


其次，月海玄武岩中所蕴涵的钛铁矿；克里普岩中所蕴涵的钍、铀和稀土元素；以及铬、镍、钾、钠、镁、硅、铜等都是人类开发利用的重要矿产资源。

重要的是，月球拥有进行采矿、生产、运输等作业需要的能源动力，因为它具备很好的太阳能开发潜力。在月球上建立太阳能电站是空间利用太阳能的有效技术途径，可以克服太阳光被大气层反射、折射、散射和吸收带来的种种损失，也没有天气变化的影响，能够完全充分地利用太阳能发电。

此外，月球上的水冰将是人类在太空中长期逗留的必需品，同时水还能分解成氧和氢，氢可用于燃料电池，能作为建造化学火箭的推进燃料。水还是一种非常好的屏蔽材料，可保护人们免遭宇宙放射线伤害。



当然，月球因其超高真空状态、无全球性磁场、高洁净、弱重力的特征，是在地球上永远不可能实现的进行深空探测的场所，无论是建月基天文台，还是从月球上发射航天器，都比在地球上更高效。

因此，欧阳自远在该文章中强调：重返月球计划旨在建设一个具有生命保障系统的受控生态环境的月球基地，进行月面建筑、运输、采矿、材料加工和各项科学研究，为将来建设适于人类居住的月球村进行科研和技术准备，使月球最终成为一个庞大、稳固而功能齐全的“天然空间站”，成为人类共有的科学实验室和开展深空探测的研究试验基地、前哨阵地和物资转运站。

月球基地“有模有样”

月球基地对科学家而言并不是什么新鲜的概念。中科院国家天文台副台长、月球与深空探测研究部主任李春来告诉《中国科学报》记者，关于月球基地建设的地理条件、建筑结构体系等，已有不少科学家提出了自己的想法。

一般来说，在月球两极建造月球基地在科学界是具有共识性的选择。这不仅有利于从月面上观看地球，还因其地势比较宽阔平坦，有利于月球飞船的起飞和降落。最重要的是，月球两极拥有充足的太阳能，这对基地的能源供应是非常有利的。在一些环形山内部还可能存在水冰，这也是人类生存的必需品。

至于月球基地的建筑结构形式，科学家们已经提出了包括充气式、金属框架式或刚性塑料预制构件式以及复合式等多种选择。

例如，充气式月球基地内部由光纤构成，呈絮状排列，外部加载了土被进行防护。它取代了传统的球状膨胀式方法，能使宇航员居住面积最大化，并具有能耐压和伸长的特性，以及良好的吸光性和持久性；装配式月球基地采用不同几何学配置的八位元三维空间设计理念，且各位元是捆绑在一起的，既能做砌块又能做月台扩充结构的空间框架单元。基地的形状方案主要有四面体、六面体以及八面体；混凝土式月球基地采用月球的天然资源材料作为基地的基础材料结构以及防护物，以硫磺取代水作为混凝土材料的粘合物，由机器人采取分层式的建造模式。

中国空间技术研究院高级工程师侯欣宾告诉《中国科学报》记者，如果该设想能够最终实现，将会与已有的空间站建设模式不同，在月球上就地取材会是月球基地建筑结构的发展方向，并且可以通过远程控制机器人进行前期的基地建设。


科学家发现，已知的月球玄武岩具备很好的抗压性能，又有适中的抗拉性能，因此，可以被铸造成结构件在预制建筑中使用。由于月球玄武岩的高硬度性，它还具有很强的耐磨性，因此，也是铺建月球火箭发射台和建造降落垫周围的碎片防护罩的理想材料。此外，月球还包含铝和铁，通过冶炼获得的铝材或者钢材，可以作为重要的建筑材料。

不过，建造月球基地的难度也是显而易见的，地月运输工具、月球软着陆技术、月球车技术、高级自主的机器人、长期的封闭式受控生态系统、出舱活动系统等技术还远达不到能够接近目标的水平。

侯欣宾表示，除了需要进一步对月球进行全面的探测以外，首要任务恐怕还是发展载人飞船。作为建设月球基地的运输工具，它必须具备往返的特性。据了解，目前的运载能力还亟须提升。

而就建设的步骤而言，他认为，月球基地将会经历从小型的临时性基地，到中型半永久性基地，最后形成有规模的永久性基地这样一个过程。

火星探测的跳板

尽管在一些科学家心中，月球基地似乎已经“有模有样”了，但李春来在接受《中国科学报》记者采访时表示，目前为止，并没有国家能拿出一份关于月球基地的详细可行的实施方案，我国近期内也没有建立月球基地的正式计划。“月球基地还仅仅停留在科学家们的构想中。”

侯欣宾更是直言，近年来月球基地一词频繁出现，实际上有些被“放大”的嫌疑。杨俊华也表示，人类对月球的了解主要还在表面环境特征，对月球内部知之甚少，因此，目前各国月球计划还处在探测阶段。

而李竞则一再强调月球基地的投入产出比。“月球开发势必带有商业性质，由谁来承担前期的巨额投入是个重要问题。”

他说：“如果考虑到前期的投入，作为月球基地一部分的月基天文台就没有强烈的建设必要，目前的空间望远镜技术完全可以取代它。至于月球资源开发，无论是氦3、水冰，还是金属矿产，尚不具备开采的技术和条件。况且，其储量相对较多的金属矿产并非地球上的稀有矿产，地球资源尚没有枯竭到需要花费巨额的代价去另一个星球寻找。”

事实上，美国总统奥巴马在向国会提交的2011财政年度政府预算报告中，就建议国会在未来5年内为美国航天局增加约60亿美元预算，但同时建议取消美国的重返月球计划，而将火星作为美国载人航天计划的目的地。奥巴马政府对于月球基地计划显然是热情消减的。

即便是在月球基地计划被提出之初，它也只是美国宇宙空间计划的第二步，实质是成为登陆火星的跳板，为探索火星作准备。“如果是作为探测火星的中转站，探测月球是否一定需要建立永久性的根据地就更有待探讨了。”李竞表示。

在他看来，火星距离地球相较于月球要遥远得多，进行火星探索所作的科学研究能带来的国家科技、军事实力的提升是探测月球所不能比拟的。更重要的是，火星被认为是曾经可能存在地外生命唯一已知的星球，人类如果找到了这个答案，将成为人类历史上最有价值的自然发现之一。


侯欣宾则认为，无论是建月球基地还是登陆火星，本质上并不是矛盾的，它们需要实现的技术突破具备很多共性。而且，人类对于任何一项空间探测是无法在前期准确评估其可能实现的价值的，计划本身也很难在短期之内看到成果，因此，选择实施哪一个并不是一道简单的选择题。

“正因为宇宙对于人类而言有太多未知，任何探索都可以被认为是有价值有意义的。人类永远不可能等待技术自己获得成熟。”侯欣宾觉得，对科学家而言，不断创造技术上的可能性就是最重要的。“是否真的需要建月球基地、登陆火星或者其他小行星，这个答案本身并不重要。”

换一个角度看，科学探索何尝不是一种“顺其自然”？

http://news.ifeng.com/mil/4/detail_2013_11/15/31283177_0.shtml

今年年底，令人瞩目的嫦娥三号月球探测器即将发射升空，从而实现我国探月工程二期重要的软着陆任务。而就在近期举办的2013年中国国际工业博览会上，国产月球车的模型已经提前与公众见面了。

事实上，随着21世纪初美国总统布什提出重返月球的计划以来，俄罗斯、欧洲、日本、印度都相继加入了发射月球探测器的阵营。毫无疑问，进行月球探测将是各国重要的空间发展战略，这似乎也让人们看到了建造月球基地的希望。

永久性的月球根据地

距离人类第一次踏上月球已经近半个世纪。在1958年至1976年，因美苏的空间竞赛带动的首次探月高潮过后，人类的探月旅程进入了一个相对冷淡的时期。

到了上世纪80年代末，美国国家宇航局(NASA)开始构思重返月球的计划，90年代即提出了“要建成第一个具有生命保障系统的受控生态环境的月球基地”的设想。

2004年，时任美国总统的布什正式提出了载人航天项目“星座计划”，计划2020年美国宇航员重返月球，并在月球建立永久性的基地。根据这项计划，未来首先将由4名宇航员组成小组登陆月球，并在月球表面停留7天。随后，美国将开始建设月球基地，其中包括电力供应系统、月球车装配区及宇航员居住区等。最终的月球基地将可以保障宇航员在月球上持续居住180天。

至此，新一轮探月高潮也随之开始，欧洲、俄罗斯相继提出建立月球基地的计划。据国外媒体报道，欧洲宇航局和一家建筑公司甚至提出，将用机器人基于3D打印技术利用月球土壤来建造月球基地的设想。

中科院国家天文台原研究员李竞认为，近年来，各国对于探月的热情指向非常明确。鉴于月球丰富的物质资源、优良的空间环境、空间轨道资源，试图对其进行开发和利用。

以开发月球资源为主要任务

中国宇航学会副理事长兼秘书长杨俊华告诉《中国科学报》记者，月球基地的主要价值将主要体现在开发新型能源\矿产资源以及建立深空探测空间站等方面。

根据中国科学院院士欧阳自远在《月球探测与人类社会的可持续发展》一文中的介绍，月壤中富含稀有气体组分，其中就包括氦3。众所周知，相比目前正加速发展的利用氘和氚反应的热核聚变反应堆来说，用氦3进行核聚变反应具有更多的优点。


其次，月海玄武岩中所蕴涵的钛铁矿；克里普岩中所蕴涵的钍、铀和稀土元素；以及铬、镍、钾、钠、镁、硅、铜等都是人类开发利用的重要矿产资源。

重要的是，月球拥有进行采矿、生产、运输等作业需要的能源动力，因为它具备很好的太阳能开发潜力。在月球上建立太阳能电站是空间利用太阳能的有效技术途径，可以克服太阳光被大气层反射、折射、散射和吸收带来的种种损失，也没有天气变化的影响，能够完全充分地利用太阳能发电。

此外，月球上的水冰将是人类在太空中长期逗留的必需品，同时水还能分解成氧和氢，氢可用于燃料电池，能作为建造化学火箭的推进燃料。水还是一种非常好的屏蔽材料，可保护人们免遭宇宙放射线伤害。



当然，月球因其超高真空状态、无全球性磁场、高洁净、弱重力的特征，是在地球上永远不可能实现的进行深空探测的场所，无论是建月基天文台，还是从月球上发射航天器，都比在地球上更高效。

因此，欧阳自远在该文章中强调：重返月球计划旨在建设一个具有生命保障系统的受控生态环境的月球基地，进行月面建筑、运输、采矿、材料加工和各项科学研究，为将来建设适于人类居住的月球村进行科研和技术准备，使月球最终成为一个庞大、稳固而功能齐全的“天然空间站”，成为人类共有的科学实验室和开展深空探测的研究试验基地、前哨阵地和物资转运站。

月球基地“有模有样”

月球基地对科学家而言并不是什么新鲜的概念。中科院国家天文台副台长、月球与深空探测研究部主任李春来告诉《中国科学报》记者，关于月球基地建设的地理条件、建筑结构体系等，已有不少科学家提出了自己的想法。

一般来说，在月球两极建造月球基地在科学界是具有共识性的选择。这不仅有利于从月面上观看地球，还因其地势比较宽阔平坦，有利于月球飞船的起飞和降落。最重要的是，月球两极拥有充足的太阳能，这对基地的能源供应是非常有利的。在一些环形山内部还可能存在水冰，这也是人类生存的必需品。

至于月球基地的建筑结构形式，科学家们已经提出了包括充气式、金属框架式或刚性塑料预制构件式以及复合式等多种选择。

例如，充气式月球基地内部由光纤构成，呈絮状排列，外部加载了土被进行防护。它取代了传统的球状膨胀式方法，能使宇航员居住面积最大化，并具有能耐压和伸长的特性，以及良好的吸光性和持久性；装配式月球基地采用不同几何学配置的八位元三维空间设计理念，且各位元是捆绑在一起的，既能做砌块又能做月台扩充结构的空间框架单元。基地的形状方案主要有四面体、六面体以及八面体；混凝土式月球基地采用月球的天然资源材料作为基地的基础材料结构以及防护物，以硫磺取代水作为混凝土材料的粘合物，由机器人采取分层式的建造模式。

中国空间技术研究院高级工程师侯欣宾告诉《中国科学报》记者，如果该设想能够最终实现，将会与已有的空间站建设模式不同，在月球上就地取材会是月球基地建筑结构的发展方向，并且可以通过远程控制机器人进行前期的基地建设。


科学家发现，已知的月球玄武岩具备很好的抗压性能，又有适中的抗拉性能，因此，可以被铸造成结构件在预制建筑中使用。由于月球玄武岩的高硬度性，它还具有很强的耐磨性，因此，也是铺建月球火箭发射台和建造降落垫周围的碎片防护罩的理想材料。此外，月球还包含铝和铁，通过冶炼获得的铝材或者钢材，可以作为重要的建筑材料。

不过，建造月球基地的难度也是显而易见的，地月运输工具、月球软着陆技术、月球车技术、高级自主的机器人、长期的封闭式受控生态系统、出舱活动系统等技术还远达不到能够接近目标的水平。

侯欣宾表示，除了需要进一步对月球进行全面的探测以外，首要任务恐怕还是发展载人飞船。作为建设月球基地的运输工具，它必须具备往返的特性。据了解，目前的运载能力还亟须提升。

而就建设的步骤而言，他认为，月球基地将会经历从小型的临时性基地，到中型半永久性基地，最后形成有规模的永久性基地这样一个过程。

火星探测的跳板

尽管在一些科学家心中，月球基地似乎已经“有模有样”了，但李春来在接受《中国科学报》记者采访时表示，目前为止，并没有国家能拿出一份关于月球基地的详细可行的实施方案，我国近期内也没有建立月球基地的正式计划。“月球基地还仅仅停留在科学家们的构想中。”

侯欣宾更是直言，近年来月球基地一词频繁出现，实际上有些被“放大”的嫌疑。杨俊华也表示，人类对月球的了解主要还在表面环境特征，对月球内部知之甚少，因此，目前各国月球计划还处在探测阶段。

而李竞则一再强调月球基地的投入产出比。“月球开发势必带有商业性质，由谁来承担前期的巨额投入是个重要问题。”

他说：“如果考虑到前期的投入，作为月球基地一部分的月基天文台就没有强烈的建设必要，目前的空间望远镜技术完全可以取代它。至于月球资源开发，无论是氦3、水冰，还是金属矿产，尚不具备开采的技术和条件。况且，其储量相对较多的金属矿产并非地球上的稀有矿产，地球资源尚没有枯竭到需要花费巨额的代价去另一个星球寻找。”

事实上，美国总统奥巴马在向国会提交的2011财政年度政府预算报告中，就建议国会在未来5年内为美国航天局增加约60亿美元预算，但同时建议取消美国的重返月球计划，而将火星作为美国载人航天计划的目的地。奥巴马政府对于月球基地计划显然是热情消减的。

即便是在月球基地计划被提出之初，它也只是美国宇宙空间计划的第二步，实质是成为登陆火星的跳板，为探索火星作准备。“如果是作为探测火星的中转站，探测月球是否一定需要建立永久性的根据地就更有待探讨了。”李竞表示。

在他看来，火星距离地球相较于月球要遥远得多，进行火星探索所作的科学研究能带来的国家科技、军事实力的提升是探测月球所不能比拟的。更重要的是，火星被认为是曾经可能存在地外生命唯一已知的星球，人类如果找到了这个答案，将成为人类历史上最有价值的自然发现之一。


侯欣宾则认为，无论是建月球基地还是登陆火星，本质上并不是矛盾的，它们需要实现的技术突破具备很多共性。而且，人类对于任何一项空间探测是无法在前期准确评估其可能实现的价值的，计划本身也很难在短期之内看到成果，因此，选择实施哪一个并不是一道简单的选择题。

“正因为宇宙对于人类而言有太多未知，任何探索都可以被认为是有价值有意义的。人类永远不可能等待技术自己获得成熟。”侯欣宾觉得，对科学家而言，不断创造技术上的可能性就是最重要的。“是否真的需要建月球基地、登陆火星或者其他小行星，这个答案本身并不重要。”

换一个角度看，科学探索何尝不是一种“顺其自然”？