月球會上談探月——訪嫦娥一號月球探測工程首席科學家歐陽自遠院士

□ 本刊記者 夏丹

未來的月球基地

世界月球會議期間，本刊有幸對嫦娥一號月球探測工程首席科學家歐陽自遠院士做了一次專訪。談到月球探測，歐陽院士就像一個母親談到了自己的孩子，有說不完的話題。從世界各國對月球探測的計劃，到月球探測的深刻意義和未來月球探測的發展方向，都做了詳盡的解析。下面，讓記者帶您走進歐陽院士的月球世界。

探月大趨勢不會變

最近幾年，作為世界第一航天強國的美國在空間探索政策上搖擺不定，對月球探測的目標和定位也一變再變。在這種背景下，其他航天國家對月球探測卻依然非常積極。歐陽院士對這種現象做了深入的分析。

世界上現在有10個想要繼續探測月球的國家，都提出了各自的計劃。美國是布什政府在2004年宣布的美國新航天計劃，要從2008年開始對月球進行持續的無人探測，2018年實現第七次載人登月，然后再進一步載人登上火星。在這個過程中，美國打算在2010年就不再支持航天飛機，也不再投資給國際空間站，集中全力實施月球、火星以及太陽系的探測工程。

布什政府的政策執行一段時間以后，奧巴馬政府在上臺以前，在很多演說中全力支持布什政府的整個太陽系探測計劃。在他上臺以后，確實遇到了實際的問題。首先是金融危機，再加上經濟復蘇緩慢，政府的開支增大。再加上星座計劃本身進展不順利，因此取消了這個計劃，但是仍然保留了人類飛往火星的計劃。美國原來計劃的載人登月開支是1080億美元，但是實際上美國只能拿出800億美元，還欠缺280億美元，因此無力支持。但是有國際評論認為，美國這只是戰術性的轉移，一旦國家經濟實力恢復，會重新啟動載人探月工程。另外，奧巴馬政府動員很多民營企業，更多地參與載人登月和火星探測計劃，仍然不想把這件事情完全停止。

美國宣布取消星座計劃以后，其他國家進一步審視了自己的計劃。歐陽院士也曾詢問過一些國家的月球探測首席科學家，歐洲、俄羅斯、印度堅持執行原定計劃；日本的計劃沒有太大的改動，還提出了進一步利用機器人開發月球的設想。總的來看，很多國家都不會因為美國的變動而影響自己的計劃。中國將按照既有方針持續發展，沒有受到美國的影響。

因此，歐陽院士相信，全世界對月球探測的熱望并不會因為美國的計劃改變而改變。另外，人類也認識到，對月球的探測最終也有利于推動、促進人類社會的持續發展。他堅信，總體的規劃還會照樣推進。

歐陽自遠院士

當記者問及是不是可以認為，美國目前僅僅是因為經濟問題而在月球探測問題上有一些反復和動搖，如果經濟危機過去、國家經濟能力恢復，還是要把月球納入探測目標的。歐陽院士認為，可能根據科技的最新發展，美國探月的內容會有新的變化，有新的提高。但是大趨勢不會有大的改變。

氦3——給地球人類一顆定心丸

月球上蘊含了大量資源，因此要探索、研究、開發。如何科學的看待探索月球的動機和目的，月球探測會以實際利益為導向嗎？對此，歐陽院士認為，科學和開發從來都是相互結合的，科學不能離開未來的應用需求，而應用也需要科學在前面作引導。如果兩者結合得很好，就能既推動對月球的科學認識，也能更進一步地推動月球的相關應用。

從科學上說，研究月球的目的，就是要研究月球是如何形成、如何演化的。而地月又是一個系統，研究月球同時也能更加深我們對于地球起源和演化的認識。而地月系統的起源和演化，主要背景就是太陽系的起源和演化，在科學上，這是一個值得永遠探索的基本問題。這大致就是從科學角度的探月目的。當然這是一個長期的，要通過很多代人的努力才能逐步弄清楚的問題。

另外，從應用上說，根據每個國家對月球的理解，必然提出月球在應用上有什么價值。這是可以理解的。月球上有4個方面是值得人們關注的。

第一，資源，這里所說的資源是狹義的礦產資源。月球上有極其豐富的礦產資源。比如原子能發電用的鈾礦和釷礦，比地球上多得多；還有極其豐富的稀土、鈦礦，是以鈦鐵礦形式存在的。在我國，這種礦石在四川攀枝花地區有一些，所以建立了攀鋼。而在月球上，這種礦石的分布面積大概接近一個中國的面積，而且品位也非常好。還有很多其他礦產資源。但是礦產資源存在一個基本問題，目前誰也不會在月球上開發礦產。首要原因是成本太高，經濟上不合算。但是，人類應該知道月球上有哪些資源將來是可供人類使用的。一旦經濟上可行，再去開發才有價值。所以，目前還處在科學探測礦產資源的階段

月球基地想象圖

第二種是大家比較關注的能源。我們地球上的化石能源終究是要耗盡的。人們算了一個帳，估計石油和天然氣大約還能用60多年，煤大概還能用100多年。核電站也要用原料，現在的一次性核燃料也只能用幾十年。現在，正在發展太陽能發電、風能發電、生物能源發電，等等，但是，終究不能解決全人類長期持續發展的能源需求。因此，人類正在尋找另一種能源。人類一定會想出替代的辦法，找出終極能源。天然氣水合物（可燃冰）蘊藏有4倍于石油和煤炭的碳含量，將是一種極其豐富的能源，能保證人類使用更長的時間，但考慮到很多環境問題，現在還不敢開發利用。但無論如何，人們依然寄希望于受控核聚變發電能夠實現商業化。

航天員在月面上工作

嫦娥一號衛星撞擊月球示意圖

地下月球基地

月球上有兩種能源。一種是太陽能，月球上一個白天就長達地球的半個月長，月球表面沒有任何遮擋，沒有風、雪、雨、霜等氣候變化。而太陽能發電，把電能傳到地球上的方式已經完全解決了，就是用微波或激光傳輸。現在的問題是，它畢竟造價太高，很劃不來。對于地球上60億、以后80億，乃至100億人口，各國GDP增長和全人類生活水平提高的總需求來說，是難以解決的。因此，人們寄希望于月球上的第二種能源，就是所謂月球土壤中的氦3。氦3是被太陽風注入在月球表面的土壤里的。月球還有一個好處，隕石等小天體砸在月面上，就把下面的土壤翻出來。這邊砸一下，那邊砸一下，大約平均4億年，月球表面的土壤要“倒騰”一次，都能接收太陽風的注入。那么在月球40多億年的歷史上，已經倒騰了10多次。這樣猶如農民每年要翻一次地的結果，月球所有的土壤中都注入了氦3。氦3到底有什么用處？這里就涉及到受控核聚變的進展。人類目前只掌握了裂變發電技術，并沒有掌握聚變發電，還有很多技術問題沒有解決，還不能建電站。中國參加了世界上規模最大的一個受控聚變發電反應堆建設，這個反應堆要花100億歐元，我們國家已經投入了100億人民幣。這個反應堆是利用氘、氚發電的。氘，地球上多得很，而氚是要人工制造的。最主要的問題——氚是有放射性的。而且氘、氚反應后放出一個中子。大量中子的排放不利于防護。因此，科學家建議不用氚，改用另外一個同位素，用氦3。這從理論上計算是沒有問題的，但地球上沒有氦3資源。如果從地球上所有天然氣和大氣中提取氦3，總量只有10多噸，而月球上的氦3資源極其豐富。這里面就存在兩個問題。首先，地球上的受控核聚變發電還沒有成為現實，現在僅僅是建反應堆，大概還要30年乃至50年才能商業化。雖然是30～50年后才能實現的問題，但要做長期的準備。美國最近投資建立了一個（受控核聚變）激光點火裝置，這個裝置產生的溫度在1億攝氏度以上，這樣才能使氘和氚或氘和氦3發生聚變反應。所以，人類正在一步一步接近于聚變反應發電。因此，要詳細探測月球土壤來尋找氦3。那么月球上到底有多少氦3？我國的嫦娥一號有一個任務，就是做這件事情。估計月球土壤中的氦3含量有100萬至500萬噸可以使用。整個中國每年的能源需求是：2億多噸石油、十幾億噸煤，以及天然氣、水力發電等，能源體系非常龐大，而且能源安全難以保證。如果完全依靠核聚變發電，很容易計算出中國每年能源需求要使用的氦3是8噸左右。假設這種發電成為現實，月球上的氦3可供人類使用幾千年。但是，人類社會的發展不會吊死在一棵樹上，不會上千年只用一種能源，以后會有更高明、更好的原料來發電。氦3至少可以給人們一個定心丸：地球上化石能源的耗盡是正常的、必然的，但是也不值得恐慌和擔心。這是很重要的一點，是人們堅定地想要探測月球的動機之一。

月球的第三個資源是它的環境資源。為什么呢？第一，月球上是超高真空，沒有磁場。月球31億年以前有磁場，后來突然丟失了。月球上不但是超高真空、沒有磁場、溫度變化巨大，而且沒有火山活動、沒有強烈的月震，很穩定，還沒有污染。因此，在月球上所能生產、制備的一些東西，地球上是望塵莫及的。比如一些特殊的材料、生物制品、藥品，當然，必須是極高附加值的東西，現在已經有很多這樣的產品清單了。還有就是在地球上有重力的影響，而月球上的重力就小多了。所有這些，使月球的環境成為非常重要的資源，可以很好地加以利用。而且月球非常大，有4個中國大，想建設什么設施都可以。當然月球的環境很惡劣。

未來月球車

第四類資源，是大家公認的，月球可能是很好的軍事戰略平臺，國際學術界已經有很多這方面的討論。

所有這些，促使人類希望能夠很好地開發利用月球，為人類社會的發展服務。歐陽院士認為這是基本的，因此他提出一個說法：地月系統是一個天然的體系，在未來的發展中，地月系統會構成一個天然的“家”，形成經濟與社會發展的共同的體系，前景是很美好的。

在月球上挖窯洞

有了氦3，就可以在月球上建立核聚變電站，建立月球基地，以支持人類在月球上的長期生活乃至繁衍生息，這似乎是許多人對月球探測的終極夢想，但歐陽院士對此卻有自己不同的看法。他認為，月球是不可改造的。不可能像火星那樣，在月球上制造一個大氣層，供人類在上面自由呼吸。因為月球的重力是有限的，抓不住大氣。月球的重力場、超高真空條件、極高溫差條件都是不可改造的。要在月球上建立基地，目前所有的設想中都沒有考慮建立核聚變電站的，因為這是不可能的事情。在月球上用得最普遍、最好用的是太陽能，它廉價、方便、普遍，投入比較小。因此現在普遍認為，在月球上應該使用太陽能。

而構建月球基地，少量人口在月球上工作是可以的，但不能大量移民。歐陽院士曾經提出建議，在月球上建立基地，最好的辦法是學延安、挖窯洞。在窯洞里，宇宙輻射、太陽輻射可以被屏蔽，溫度變化小。只要把“門”做好，里面完全可以改造成地球的環境。月球基地的建設，首先必須模仿地球的氣壓、溫度，呼吸系統、循環系統等生命保障系統要完善。基地里要實現一個大氣壓，太高太低都不行。這在密閉空間中是可以實現的，也是可以長期循環使用的。這些技術，人類都已經掌握了，但代價是昂貴的。因此月球基地里人不能太多，不可能建立月球村、月球城市。但少數人居住的月球基地不需要太大空間。如果真的采取學延安的方式，可以在月球地下非常大的范圍內建立基地，并不困難，主要是生命保障系統的建設。食品也可以循環生產。只要有足夠的能源，這些都是可以做到的。

那么，月球上為什么不能搞可控核聚變發電呢？因為可控核聚變的反應堆是極其龐大的，它的溫度要很高，這個龐大的設施是沒有辦法建設到月球上去的，成本是無法計算的。目前地球上都沒有實現可控核聚變來發電，而且月球上不需要如此巨大的能源。至于怎么把氦3運回來，已經有很多研究了，現在看來并不困難。

氦3存在于月球土壤當中。人們設計利用月球白天的高溫，再升高一點，把土壤中的氣體全部驅趕出來。驅趕出來以后，對氣體進行分離。月壤中的氣體不是一種，利用月球晚上的低溫把氮和水分離出來。對于氬等氣體，只要再加一些能源，把溫度降得更低，就可以分離開來。這樣就得到了純化的氦氣，再把氦3和氦4分離開，然后把氦3液化，帶回地球。

人類對氦3的需求量不是很大，不像煤、石油、天然氣那樣有巨大的消耗量。俄羅斯的探月首席科學家加里莫夫曾經開玩笑說，一架航天飛機運回的氦3就可以解決中國一年能源的用量了。

各國探月活動各有所長

中國、日本和印度都在積極開展探月活動，歐陽院士為我們詳細分析了這3家探月計劃的特點。

日本的探月飛行器采用了一顆主星、兩顆小衛星的方式。而且，日本對月球的背面進行了重力場探測，效果很好，這是世界其他國家都沒有做到的。

印度在探月衛星上放了11臺儀器，6臺是其他國家的，5臺是自己的，還加了一個小撞擊器。印度自稱，這個撞擊器可能測到了水的譜線。當然，最后以真憑實據證明月球上含有水冰的，是美國的月球勘測軌道器（LRO）。印度測到的可能是羥基（OH）的譜線，它與H2O的譜線很相似。但無論如何，印度也是得出了結果的。

“窯洞”式的月球基地

嫦娥一號探月衛星

中國的探月也有自己的特色和創新的地方。日本和印度沒有繪制出全月圖，而中國做到了，全月面覆蓋完全沒有遺漏。而且中國的全月圖是符合測繪標準的1比250萬比例尺的全月影像圖，是目前為止全月圖中分辨率最佳的。這是因為日本和印度的探測器飛行高度低，這樣可以達到高分辨率，但是觀測的幅寬就比較窄。中國的月圖分辨率連月球南北極也沒有漏掉。當時有人提出，嫦娥一號照相機的分辨率不如日本、印度的，是個缺陷。但是嫦娥一號的科學目標是全球性、整體性和綜合性探測月球，能得到的全月球影像圖，日、印是不能得到的。

嫦娥一號需要對月球進行整體性的了解，沒有必要對某一部分探測得很細，因為這個階段還不知道需要對哪個部分精細探測。當選擇著陸器的著陸區和月球車巡視探測路線時，就要對候選地區進行精細探測了，這是嫦娥二號的任務。

此外，嫦娥一號還對月球土壤層進行了探測，這是其他國家都沒有做過的。雖然不是很精細，但是取得了成果。根據這個成果，可以計算出全月球月壤層的厚度和估算氦3的資源量，至少可以告訴全人類：根據我們的測算，月球上的氦3資源有多少。

當記者問及今后的中國探月活動是否會搭載國外研究機構的有效載荷時，歐陽院士給予了非常肯定的回答。他認為這是一個重要的選擇。我國一直對國際合作采取開放的態度，一直期望共同探測，也一直在做這方面的努力。希望在今后的探測中，其他國家有好的儀器搭載到我們的衛星上。我國科學家多次表述過這樣的愿望，國外的科學界對這件事也持有開放的態度。但同時，歐陽院士也坦誠地指出，每個國家都有自己的國家利益，例如我們就無法買到美國生產的一些衛星元器件。因此在這個問題上，合作的一面和制約的一面同時存在。

中國人何時登月？

中國人什么時候能登上月球，這是很多讀者都很關心的問題。我們的科學家也一直在從事這方面的研究。歐陽院士坦言道，從科學的角度來說，我們很早就在考慮載人登月探測，譬如如何實現載人登月、載人登月應該做哪些科學探測、應該從事哪些科學問題研究。從國家意志和國家行為的角度來說，我們國家一直在關注這個問題，國內一些單位開展過這方面的討論和論證。人們最關心的，當然是中國到底什么時候載人登月。歐陽院士認為，我們完成了月球探測的三步以后，一定會從事載人登月，這是毫無疑問的。因為這是一個正常的發展趨勢。至于這個時間，目前有三種說法。

第一，部分科學家認為，中國在2020年可以實現載人登月。美國航宇局前局長格里芬說過，“假如中國人愿意的話，他們是可以實現2020年載人登月的”。他的說法不是沒有道理，因為他的前提是“假如中國人愿意的話”。

第二，有一些科學家公開表態，中國“2025年可以載人登月”。

第三，中國科學院制定了一個50年長遠規劃，認為2030年可以載人登月。

就月球探測而言，載人和不載人是有天壤之別的。載人探測，可以實現人員親自到月球。第一，人可以實地進行綜合性的、使用各種儀器的、高效的月球探測，而且可以是多學科的。一位訓練有素的科學家可以同時使用很多儀器，這是機器人很難做到的。第二，人可以親自埋設一些儀器，把它們長期留在月球上進行探測。譬如地震儀，美國已經在月球上建立了一個地震網，稍有震動就可以把數據傳回地球，知道震中、震級。若沒有人員登月是不能實現的，用機器人估計很難做到。第三，載人登月可以架設各類設施做長期的觀測記錄工作。還可以和地面聯動，例如埋設一些反射鏡來精確測定地月距離，等等。就很多儀器的安裝來說，沒有人是不能實現的。第四，機器人取樣的規模是很小的。蘇聯進行了三次機器人取樣，加起來獲得了300克樣品。阿波羅登月6次，取回了381.7千克樣品。

月球會議上梁思禮院士（左）與歐陽自遠院士親切交談

因此，有人和無人是不一樣的。有人可以實現各種各樣的目的，可以得到很好的科學回報。我國的月球探測分“探、登、駐”三大階段。“探”就是無人探測，“登”就是載人登月，“駐”就是短期駐留。后面這兩個階段都涉及到有人的活動。當然也可以包括機器人的活動。我國科學界對這些問題進行了設想，但是要真正形成國家的計劃，還要經過認真的論證。

兩千米地鐵=嫦娥一號

嫦娥一號已經完成了使命，嫦娥二號正準備啟程。國家在月球探測上投入了大量的資金，那么月球探測工程給中國的科學進步和社會發展帶來了那些回饋呢？歐陽院士給我們講了阿波羅的故事。阿波羅當年投資256億美元，折合2005年的一千三四百億美元。這是巨大的投入。 但它引領了上世紀六、七十年代20多年的幾乎全部高新技術產業發展和新的工業群體的誕生，包括計算機、激光、通信等等。它的投入產出比達到1:14。最簡單的一個例子是尿不濕，這最早是在阿波羅上使用的，而這只是阿波羅工程中一個極小的衍生產品。阿波羅有3000多項新技術，美國的受益是非常大的。嫦娥一號工程剛剛結束，效益當然不能和阿波羅相比。對于嫦娥一號“投入巨資”的說法，歐陽院士很認真地再次強調，嫦娥一號的全部經費是14億人民幣，只相當于北京市修建兩千米地鐵的錢。

嫦娥一號真正給我國開創了月球科學，使月球探測科學在中國能夠實施和成長起來。更重要的是，培養了一批年輕的科學家和技術專家。在中國，月球科學原來只有幾個人在研究，如同種子般稀罕，現在已經形成了一支隊伍。歐陽院士給我們舉了一個很生動的例子，他曾親自去一些企業，訂購某些產品。譬如找到的某個電容廠家，聲稱自己的產品是全國最好的。歐陽院士要求廠家立刻做一個試驗，把產品環境溫度110攝氏度降到零下150攝氏度，然后又升回110攝氏度，然后再降到零下150攝氏度。結果產品經歷兩個循環就壞了。他對廠家說，科研攻關費用由我出，產品研制成功以后，你就可以做廣告說，我的產品在地球上任何地方都不會壞——沙漠里最高溫度是80攝氏度，南極和北極只有零下六七十攝氏度。類似于這樣的案例有很多很多，現在還沒有具體統計。但歐陽院士相信，這可以推動我國工業部門的技術突破和產品技術水平的提高，從而能夠降低成本、更多地占領市場。這是我們應該實現的目標。今后開展探月第二期、第三期工程，我們國家完全有這個能力，每一期的費用不過十幾億到幾十億人民幣，不會拖國民經濟的后腿，這些都是經過論證的。當然，我們也要保持自力更生、艱苦奮斗和自主創新的精神，不是什么都可以用錢堆出來的。