重返月球

李有觀

“阿波羅”計劃結束后，美國的月球探索計劃一度沉寂。隨著近些年科學技術的飛速發展，殖民外星的話題越來越熱，而火星似乎是最搶眼的選擇。但就在這種熱議聲中，始終有著不一樣的聲音——重返月球。

“你來到這里是為了幫助人類成為一個太空物種。”

這是2014年8月在美國舉行的一場研討會的宣傳冊的開場白。參加這場研討會的是美國航天領域以及其他領域的一些著名科學家和專業人士，其中包括美國遺傳學家、化學家喬治·丘奇教授和XPrize基金會的創始人兼總裁、太空探險公司的聯合創始人兼副總裁彼得·迪亞曼蒂斯。這場研討會的目標是：探索和研究在月球上建立人類定居點的低成本方案。

“你來這里是為了實現這個登月計劃。”宣傳冊繼續寫道。

美國航空航天局的天體生物學家克里斯·麥凱博士協助組織了這次會議，之后他在《新太空》雜志上主編了一期特刊，刊登了這次研討會發表的9篇論文。這些論文有助于推動整個行星科學界和商業航天機構中不斷發展的想法。9篇論文的細節各不相同，但有一個大致相同的觀點：我們可以很快在月球上建立一個永久性的有人居住的基地，而且成本不會很高。

當然，這不是美國科學家第一次談論重返月球的問題。

“在這之前所有重返月球的計劃都未能實施的原因是它們的成本太高了。”克里斯·麥凱說，“美國的太空計劃一直處于不計成本的狀態中，這要追溯到‘阿波羅計劃時期。”

按照今天的標準，1969年美國首次將人類送上月球的“阿波羅”計劃的成本高達1500億美元。

相比之下，《新太空》雜志刊登的論文得出的結論是，我們可以用100億美元或者更少的錢在2022年之前建立一個小型月球基地。

克里斯·麥凱說：“最重要的是采用不少新技術，其中一些甚至與太空毫無關系，例如自動駕駛汽車和廢物回收廁所等。這些將在太空中非常有用，并且可以將建立月球基地的成本降低到也許很容易接受的程度。”

為什么要重返月球？

目前，美國航空航天局還沒有再次將人類送上月球的計劃，而是致力在20世紀30年代登上火星。但是克里斯·麥凱和其他人認為，如果我們不首先學會在自己的后院露營，我們就不可能在火星上徒步旅行。

“我的興趣并不是月球。對我來說，月球就像一個混凝土球一樣暗淡乏味。”克里斯·麥凱說，“但我們只有首先學會如何在月球上建立研究基地，才有可能在火星上建立研究基地。可以說月球是火星的研究藍圖。”

月球基地將在宇航員前往火星之前為充分測試新的推進系統、棲息艙、通信和生命保障系統提供寶貴的機會——前往火星大概需要9個月的時間，而前往月球只需要幾天時間。

問題是，美國航空航天局傾向認為自己只能夠負擔前往月球或者前往火星的任務。如果克里斯·麥凱和他的同事提出的建議是對的，我們就可以同時負擔前往這兩個目的地的任務——只需要一種新的思考方式。

重返月球還有其他的理由。迄今我們只探索研究過月球表面的一小部分，建立一個永久的月球基地肯定會推動一些有趣的科學研究。

此外，還有一些國家都想這樣做，如果各國合作建造月球站，就可以降低成本，就像建造國際空間站一樣。

美國的私營航天公司也準備好重返月球了。許多公司希望在月球上提取水，并將其分解成氫氣和氧氣。氫氣和氧氣能夠作為火箭燃料，供飛往火星的航天器使用。月球旅游也可能成為一個熱門市場。

“如果私營航天公司承擔了這部分任務，美國航空航天局就只需要負責制定有關的法律法規。”克里斯·麥凱說，“美國航空航天局重新登上月球的最快方法就是讓其他人去做。”

怎樣在月球上建立基地？

關于建造月球基地，專家提出了不少方法。

許多建議都是利用機器人探索開始的，目的是找到一個永久居住的完美地點。其中一篇論文提出，“一種名為MoonCats的機器人（類似于Bobcat推土機，但適合在月球上進行挖掘）可以為著陸點和棲息艙平整地形，其他機器人則安裝太陽能電池板”。

在棲息艙模塊到達之后，一種名為Lunar Surface Mules的機器人可以幫助安裝它們，為人類的到來做好準備。

人類定居月球很可能是緩慢開始的。首先是一小群人在月球上進行短暫停留，隨著時間的推移，任務時間會越來越長，規模會越來越大，直到形成一個永久性的居留站，就像國際空間站一樣。最終，這個居留站會演變成一個復雜的、多用途的定居點，可以容納數百人和他們的孩子長時間生活在那里。

一些機構把月球站設想成科學基地，而另外一些機構將其想象成更具商業性的東西。

“月球的一些可能的出口產品包括：來自永久陰影區環形山的水，來自小行星撞擊地點的貴金屬，甚至可供地球居民使用幾個世紀的無污染燃料氦-3。”其中一家機構寫道，“隨著往返地球和月球的運輸變得越來越頻繁，越來越便宜，月球旅游市場就會開始興起，并可能成為未來重要的收入來源。”

需要什么技術才能夠在月球上生存？

在一個基本的層面上，我們已經知道如何在月球上生存，因為人類已經在國際空間站生活了許多年。

“在過去的14年里，便攜式生命保障系統（簡稱PLSS）已經在國際空間站得到了驗證。”一家機構寫道。便攜式生命保障系統可以循環利用空間站上的水，并且平衡氧氣和二氧化碳的水平。“如今我們已經擁有了足夠的生命保障技術，完全可以支持人類在月球上的第一次定居。”

專家估計，按照目前的發射價格，美國太空探索技術公司可以以每年3.5億美元或更低的費用為10名宇航員運送需要的食物和必需品。

其他技術也可以用來降低月球基地的成本。例如，虛擬現實技術就可以幫助進行規劃工作。

一個包含數據庫和知識庫的月球虛擬現實環境，可以成為各種機構探索、操作場景開發和設計細化的有力工具，用于熱環境測試、結構、計算機輔助設計/計算機輔助制造和3D打印的工程軟件的進一步集成可能會成為建造托尼·斯塔克風格（第一部《鋼鐵俠》電影中的虛擬現實環境）的設計環境的模板，可以在我們重返月球之前大大推進月球環境的開發設計以及識別和解決一些問題。

利用3D打印技術可以替換月球站上已經損壞的小部件，從而降低發射成本。

美國航空航天局的衍生技術時代可能即將結束。克里斯·麥凱說，為太空飛行開發高度專業化且成本昂貴的技術，然后轉化為日常用品的方式將被淘汰，實際上日常用品都可以適應太空飛行。“我最喜歡的是蓋茨基金會的‘廁所創新挑戰計劃。這項計劃鼓勵人們采用新的方法來處理大小便，并將其回收轉化為能源、清潔的水和可用于農業的營養物質。”

“美國航空航天局可能花費數十億美元研制一個太空廁所。”克里斯·麥凱說，“或者我們可以購買蓋茨基金會開發的藍色廁所。”

下一代技術

許多負擔得起的有關月球基地的建議都依賴于目前還不擁有的技術。不過這些技術距離實現已經不遠了。

太空探索技術公司研制的“獵鷹”9號火箭應該能夠以相當不錯的價格將小型有效載荷運送到月球，但如果要運送月球棲息艙等較大的有效載荷，就需要更大型的火箭，例如該公司最近研制的“獵鷹重型”火箭。其他策略包括在軌道上給火箭加燃料——這項技術還沒有經過測試。

美國畢格羅宇航公司研制的充氣式太空艙是未來月球居住的最佳競爭者。這種柔性太空艙可以折疊起來裝進火箭的貨艙中，然后在月球上像彈出式帳篷一樣展開。該公司已經于2016年向國際空間站發射了一個測試版本的小型充氣式太空艙，并計劃于2018年發射較大的“BA-330”型充氣式太空艙。由于畢格羅宇航公司主要致力利用這些充氣式太空艙在地球軌道上建立商業空間站，因此該公司的設計可能適應在輻射水平相當高的月球上運行。

在月球上應該住在哪里？

根據其中的一篇論文，在月球上選擇房地產時，需要考慮四個基本因素：電力供應、通信、資源以及機動性。

太陽能很可能是未來月球站主要的電力來源。問題是，月球上的大多數地方都有長達354小時（約15天）的“夜晚”，這不利于太陽能電池的充電。相比之下，月球的兩極可以獲得更多的陽光，其夜晚持續時間只接近100小時（4天）。因此，第一個月球站很可能選擇在兩極的其中一個極點。

與兩極相比，在月球面向地球的一側通信會更容易，但設在月球或軌道上的中繼站應該提供可靠的連接。

在月球的兩極除了可以獲得更多的陽光外，在它們深暗的環形山中，還可能含有大量的冷凍水。這些冷凍水可以被提取出來為月球站提供水和氧氣，或者轉化成火箭燃料以獲利。

雖然月球的北極和南極接收到的光量差不多，但在這次調查中，北極還是排在南極的前面，因為它的地形比較平坦，更容易穿越。

這篇論文特別指出，月球北極皮爾里環形山的邊緣地帶是建立低成本月球站的首選位置。雷達和遙感探測結果顯示，皮爾里環形山可能含有水或其他含氫分子，而且地形相對平整，使機器人更容易在其冰冷的底部鉆探以獲取資源。

一些即將實施的任務——包括美國航空航天局的“月球手電筒”和“月球冰立方”探月立方體衛星任務——旨在繪制月球上的水分布圖，這可能有助于進一步完善對月球房地產的選擇。

需要多少費用？

總體來說，這些論文的共識是，美國航空航天局可用100億美元建立一個月球基地，以后每年的維持成本約為20億美元或更少，這與美國航空航天局每年向國際空間站投入的費用差不多。據估計，只要稍微重新安排一下，美國航空航天局的現有預算就能夠滿足需要。

“建立月球基地的成本變得如此之低，也許我們會考慮不需要美國航空航天局來參與。”克里斯·麥凱說，“私營公司就可以實施這個任務。”

之前的一項研究估計，如果月球上存在大量的水，那么一個基地就能夠自給自足，每年可產生價值400億美元的火箭推進劑。

更重要的是，這樣的基地有可能在未來10年內建成并投入運行。

實際上，實現這一目標需要更長的時間，也需要政策的變化和技術的發展。不過克里斯·麥凱認為，心理障礙才是最重要的，“如果我們都能夠改變心態，積極交流和思考如何使其成為現實，那么這一目標就可能早日實現”。