未來如何探測月球

2013年12月2日，我國用長征3號乙改進型運載火箭成功發(fā)射了嫦娥3號落月探測器，它首次實現(xiàn)了我國對地球以外天體的軟著陸及巡視勘察任務，使我國成為世界第二個發(fā)射無人月球探測車的國家，在全球產(chǎn)生了廣泛的影響。那么，從世界范圍來看，未來國內(nèi)外還將發(fā)射哪些月球探測器，如何實現(xiàn)探月的最終目標——建成月球基地？隨著航天科技的發(fā)展，越來越多的航天員都將能像神話傳說中的嫦娥那樣在月球上有房可住。

多國推進探月計劃

俄羅斯將于2015年發(fā)射月球25號，它是俄羅斯重啟月球任務的第一個月球探測器，降落于月球南極，用于分析月球風化層和月表稀薄的大氣層，并對月表50厘米以下的揮發(fā)物進行實驗；2016～2017年將發(fā)射月球中繼衛(wèi)星——月球26號，它負責將位于月球表面科研設備采集的數(shù)據(jù)傳回地球；2017年將發(fā)射的月球27號也稱為“月球資源”探測器；2019年將發(fā)射的月球28號用于完成取樣返回任務；2020年前后發(fā)射的月球29號的任務是攜帶月球車著陸月球。

2015年，日本將發(fā)射月亮女神2號著陸器；2018年，將發(fā)射月球取樣返回探測器；2025年前，將發(fā)射行走機器人登月。日本還擬在月球上建設太陽能電站。

2017年，印度將發(fā)射月船2號月球探測器，它由一個軌道器、一個著陸器和一輛月球車組成。

歐洲空間局將用3D打印技術建造月球基地。歐洲已用1.5噸的模擬月壤造出了一塊基地建材樣品，如能進一步解決相關問題，建造月球基地的宏偉工程將變得更加簡單。

韓國將與美國合作，在2017年發(fā)射試驗型月球軌道器，然后以此為基礎在2020年發(fā)射自主研發(fā)的月球軌道器和月球著陸器，后者將搭載采用核電源的月球車，大小相當于普通的方便面箱子，質(zhì)量僅為20公斤，可在著陸點40公里以內(nèi)進行各種探測活動。韓國原計劃在2023年和2025年研制出月球軌道器和著陸器，但樸槿惠總統(tǒng)在大選承諾中表示要在2020年前完成登月計劃，讓韓國太極旗在月球飄揚，所以研發(fā)日期也隨之被大幅提前。

國際上還在舉辦“谷歌月球X大獎賽”，有20多個私營公司參賽，一等獎為3000萬美元，將獎勵給首個成功發(fā)射機器人探月器并成功登陸月球的公司。參賽的探月器在登陸后必須行進500米并向地球傳回視頻、圖片和數(shù)據(jù)。如果探月器不是首個在月面著陸，但在月球行駛了5公里；或拍攝到了阿波羅登月的一些遺跡；或證實了月球上水的存在；或挺過了月球的夜晚，等等，也可獲得500萬美元獎金。不過，所有參賽者要想獲得獎金，必須在2015年年底前做到這些。

2020年前，我國將發(fā)射嫦娥5號月球采樣返回探測器，對月球進行精查。其核心任務是實現(xiàn)月球樣品采集并自動返回地球，供科學家更深入地了解月球。屆時，“嫦娥工程”的“繞、落、回”目標將全部完成。通過實施“嫦娥工程”，將使我國的月球科學、比較行星學、空間天文學等基礎研究領域取得較大進展，提升航天技術水平并促進眾多相關技術發(fā)展，為中國進一步開展深空探測以及未來載人登月奠定基礎。

另外，據(jù)《2011年中國的航天》白皮書透露，我國正在開展載人登月前期方案論證，我國著名航天專家已建議在2025年或2030年進行載人登月。

為什么要探測月球

總的來講，人類的探月可分探月、登月和駐月三大步，即“探、登、駐”。目前，美國已走完了前兩步，未來將邁第三步，即建造可以長期駐人的月球基地等。蘇聯(lián)/俄羅斯走完了第一步，未來將邁第二步，即載人登月。歐洲、日本、中國和印度等還都處在第一階段，以探月為主攻方向，并按照繞月、落月、返回三小步分步實施，逐步積累知識和經(jīng)驗。但這些國家的最終目標還是在月球建立永久性駐人的月球基地，因為此舉對人類發(fā)展有重要意義。

月球是研究地球的寶地。由于月球幾乎沒有大氣和地質(zhì)活動，巖石受到的損壞不大，在那里研究月球巖石相當于研究地球39億～40億年前的標本，所以月球是研究地球起源與演化的最佳“標本”。探索月球可了解到許多有關地球早期大氣狀態(tài)的信息，如地殼和地表等，甚至有助于人們認識生命、地球、太陽系以至整個宇宙起源和演化的歷史，了解空間現(xiàn)象和地球自然系統(tǒng)之間的關系，并由此了解人類在宇宙中的位置和作用。如果月球實驗室與地球上的科學設備并用，還可以對地球進行全球性研究，使人們從獨特的角度對地球進行全面、深入的了解。

月球沒有大氣層，沒有全球性的磁場（月巖只有極微弱的剩磁），內(nèi)部能量已近于衰竭（月震釋放的能量僅相當于地震的1億分之一），內(nèi)部的地溫梯度也很小，地質(zhì)構造極其穩(wěn)定，月球背面不受地球無線電波干擾，表面還具有高潔凈和弱重力的特征。這些特征對天文觀測來講無與倫比，所以很多天文學家都向往能在月球上建起大型月基天文臺，以進一步擴展人類的眼界，它或許能成為第一個接收到外星人來電的天文臺。

月球的重力只有地球的1/6，而且月球上永遠沒有風，在月球上架設巨型望遠鏡及觀測臺比在地球上更方便。月球的地質(zhì)活動比地球弱得多，對望遠鏡的觀測影響很小，這對基線很長的光學、紅外和射電干涉系統(tǒng)尤為有利。尤其是月球背面沒有任何干擾環(huán)境，所以是觀天的寶地。

總而言之，月球上有特殊的空間環(huán)境資源：超高真空、無大氣活動、低磁場、地質(zhì)構造穩(wěn)定、弱重力、無污染、宇宙射線豐富，所以可以在月球建立精度高、造價低、運行與維護費用低的天文觀測站及其他科研基地。月球特殊的條件還可以用于生產(chǎn)特種產(chǎn)品。比如，利用月球比地球穩(wěn)定得多，并擁有弱重力、高潔凈的特殊自然條件和自然環(huán)境，能制備一些昂貴生物制品與特殊材料等。

月球還有可能在將來成為人類的能源基地。通過實施阿波羅登月工程發(fā)現(xiàn)，在月球表面含有大量的氦-3，而這種在地球上很難得到的元素是清潔、安全和高效的核聚變發(fā)電燃料，可提供便宜、無毒和無放射性的能源，被科學界稱作“完美能源”，所以月球已被譽為21世紀的“波斯灣”。有關氦-3在月球上的儲量目前說法不一，其中比較保守的估計是100萬噸，而地球上大約只有10噸左右。這是因為氦-3是由太陽風吹來的，由于月球沒有大氣，所以氦-3被直接吹到月壤里；而地球有大氣的阻隔，所以地球上的氦-3很少。研究表明，即使月球蘊藏的氦-3只有100萬噸，也可滿足全球1萬年的電力需要。

未來解決地球能源不足的出路有二個：一個是核能，另一個是太陽能。除了上述的核聚變電站外，不少國家還設想直接在月球上建造核裂變電站，電站發(fā)出的巨大電力除供月球基地使用外，還將通過激光或微波輸送到位于近地軌道上的能量中繼衛(wèi)星，再由中繼衛(wèi)星仍以激光或微波形式傳送給地球。另外，在月球上建核電站也用不著擔心核泄漏等。也有人提出在月球上建太陽能基地，這樣能更有效地利用太陽能來發(fā)電。因為月球表面幾乎沒有大氣，太陽輻射可以長驅直入，每年到達月球范圍內(nèi)的太陽光輻射能量大約為12萬億千瓦。另外，月球很容易滿足用目前光電技術進行太陽能發(fā)電需要占用大片光照充足土地的要求。

有人將月球比喻為地球的第八大洲，月球上擁有相當于亞洲那樣大的廣闊月面。月球上蘊藏著其他的豐富自然資源。在月球廣泛分布的巖石中，蘊藏有豐富的鈦、鐵、鈾、釷、稀土、鎂、磷、硅、鈉、鉀、鎳、鉻、錳等礦產(chǎn)，僅月海玄武巖中含有可開采利用的鈦金屬至少就有100萬億噸。月壤中豐富的鋁、鐵、硅可用來直接生產(chǎn)建材造房屋。

月球可作為理想的星際飛行中轉站。人類要遠航到其他行星，甚至飛往更遙遠的太陽系之外的星系，需要配備足夠的燃料、水和食物。如果在月球上建立起工業(yè)基地和開辦農(nóng)場，這一切就都可以由月球基地提供。月球的引力只有地球的1/6，所以逃逸速度要比地球小得多，只有每秒2.4公里，飛船攜帶有效載荷脫離月球飛向太空，要比攜帶同樣重的有效載荷離開地球容易得多。其實，月球還能作為長途星際飛行所需技術的實驗場地和訓練航天員的基地。目前，為了訓練航天員的心理素質(zhì)，美國有時會把航天員送到人跡罕至的地球極區(qū)。但極地畢竟還是在地球上，與宇宙空間環(huán)境存在很大差異。從磨煉航天員心理素質(zhì)的角度來看，月球比極地理想多了。

如何打造月球基地

月球雖然很大，但不是什么地方都可以建立基地的。所以要首先要通過發(fā)射多顆月球探測衛(wèi)星對月球進行全面了解，為月球基地初步選址；然后用月球機器人對所選地址進行實地詳細考察。這些月球機器人不僅要在航天員登上月球之前打前站，而且在航天員離開返回地球后，可留守在月球上自主工作。

建設月球基地，選址十分重要。根據(jù)月球基地的不同用途，其選址的標準和要求也不同。如果從月球能源的開采利用來考慮，在月球建立能源基地，應根據(jù)月球能源的分布情況來選擇；如果從科學研究來考慮，在月球建立科研基地，可在月球的背面選址，那里沒有地球無線電波的干擾，很適合于進行天文觀察，但會帶來與地球上飛行控制中心的通信聯(lián)系方面的困難，因此需要權衡利弊、綜合考慮。

月球基地選址有兩個基本要求：有充足的陽光和儲存著豐富的水冰。從目前來看，在月球兩極建基地比較好，因為在那里地勢比較平坦，有利于月球飛船的起飛和著陸；月球南北兩極有一些區(qū)域接近于在太陽的永久照射之下，而在這些附近太陽照不到的地方有水冰。也有人主張比較高級的月球基地應建在月球的洞窟內(nèi)，因為在月球洞窟內(nèi)不僅保溫性能好，還可以有效防護航天員不受宇宙輻射和微隕石雨的傷害（月面上有強烈的宇宙輻射），但這種洞窟一般是在環(huán)形山的山腳下，這就跟選飛船著陸地點形成一對矛盾。

月球基地的建設和開發(fā)的時間、規(guī)模和能力，與空間運輸系統(tǒng)、基地設備、電源、生活設施和交通工具等有關。有科學家建議載人月球基地應分三個階段進行建設：第一階段是準備階段，即為月球基地選址和完成月球基地建設的前期準備工作。第二階段是初級基地建設階段，即將航天員和基地的建造設備送上月球，然后將設備組裝起來。第三階段是發(fā)展階段，即從初級月球基地發(fā)展為中高級月球基地的階段。在此過程中，基地成員將從6人增加至12人，并能在基地停留3個月到半年，基地的居住艙也將從2～3個發(fā)展為5～7個。

我國宋朝文學家蘇軾曾寫道：“不知天上宮闕，今夕是何年？”現(xiàn)在我們知道天上并無宮闕。然而，隨著各國探月計劃的不斷推進，未來的月球基地有望成為真正的“天上宮闕”。有人夢想把月球建設成為人類的新家園，他們設想在一個密閉空間里建造月球城市，里面的環(huán)境與地球的自然環(huán)境類似。月球城的外罩十分堅固，足以抵御流星、隕石等的襲擊。由于月球的白天長達14個地球日，強烈的陽光會使被照射到的地方迅速升溫至300攝氏度，因此，為保持城內(nèi)的溫度，外罩必須具有吸收和反射部分陽光的能力。有人提議說，黃金具有最佳的反射效果，所以可以給月球城外面涂上一層金箔。如果真是這樣，月球城將是一片金光閃閃的黃金“宮闕”。

月球是人類共同的財富，它將為全人類帶來幸福。正如第二個登上月球的美國航天員奧爾德林所說：“對于那些在悠悠轉動的地球上仰望夜空的人，月亮都勻灑銀光，絕不厚此薄彼。因此，我們希望，太空探索的成果也將由大家分享，從而給整個人類帶來和諧的影響。”