月球基地已不再遙遠

“嫦娥四號”探測器成功在月球背面著陸，實施科學探測，標志著中國探月工程實現重大突破。探月之后，就是駐月，建造月球基地已不再是遙不可及的夢想。中國、美國和日本都制定了具有特色的月球基地建造計劃。

3D打印月球建材

據美國《今日航天》報道，由于太空運輸成本很高，美國航空航天局（NASA）的研究人員計劃利用3D打印技術在月球上生產建筑材料。

3D制造技術的原理是建立計算機輔助設計模型，然后用3D打印機將結構復雜的三維物體一層層地打印出來。在制造過程中，材料被激光加熱，能夠像蠟那樣被制成設定好的形狀。為檢驗這一方案的可行性，NASA的研究人員用5千克的月球巖石仿制品進行試驗，嘗試將硅、鋁、鈣、鐵、鎂等元素的氧化物組成的巖石熔化，再用作3D打印機的原料。美國的這項研究旨在為未來構建月球基地打下基礎，以利用月球巖石直接打印出月球基地所需的建筑材料。

美國計劃讓未來登陸月球的宇航員實施一些工程項目，但他們除了進行挖掘，做不了別的事情，無法在月表建造建筑物，因為沒有建筑材料。為解決這一問題，NASA一方面試驗3D打印的可行性，另一方面還在開發新式凝結劑，這種凝結劑適用于月球的低溫無氧環境，可以將月球塵土凝結成硬塊。這種凝結劑如果研發成功，其意義大于開發可在月球使用的工程設備，因為它解決了月球基地沒有建材的問題。挖掘機挖出的月球塵土添加這種凝結劑后，會變成類似水泥的硬塊，可以作為月球基地的建筑材料。

除了開發月球建筑材料，美國還在同步推進月球建筑機械的開發工作。紐約“蜜蜂機器人”鉆掘系統公司提交的方案獲得NASA認可，該公司將負責為美國的月球基地計劃設計開發挖掘機。

“蜜蜂機器人”公司專家扎西尼稱：“普通的推土機和挖掘機都非常笨重，我們設計出一種完全不同的方案——用氣體進行挖掘。”該公司設計的月球土壤挖掘方法，通過向土壤中注入氣體產生高壓環境，氣體在壓力作用下向上運行，強勁的沖力把土壤頂起。這種氣體挖掘機通過一根包在粗軟管中的細管將氣體注入地下。它就像一臺真空吸塵器，但工作原理是相反的——不是吸氣，而是吹氣，將土壤“吹”出。

月球飛船執行任務時，必須多帶燃料，沒辦法攜帶過重的裝備。氣體挖掘機的重量不超過40千克，體積也很小巧，是理想的月球挖掘裝備。目前該方案面臨一個問題：在月球上如何獲得供機器運轉的氣體？宇航員呼出的二氧化碳氣體可以收集起來作為動力。燃燒飛船火箭助推器內剩余的燃料也可以產生氣體。

NASA為月球挖掘機項目招標，所有研發費用由NASA承擔，同時提供獎金。許多美國工程設備公司向NASA提交了方案。最終，“蜜蜂機器人”公司的方案入了NASA專家的法眼。該公司與NASA簽署合同，研發幫助宇航員在月球上生活和居住的設備，其中包括氣體挖掘機。

就地取材

中國通過“嫦娥”探月工程，對月表成分進行了精確勘查，為未來月球基地選址提供了資料，遠期可以幫助中國航天專家研究如何“就地取材”建設月球基地。

“嫦娥”探測器發回了月球氦-3元素的分布數據。月表下埋藏著豐富的氦-3元素，它是利用原子熱核聚變反應制造清潔能源的重要原料。對于中國這樣一個能源消耗大國而言，這一科研成果意義重大。另外，積極探索月球氦-3元素的分布，將為建設永久性月球科研基地打下基礎。中國未來的月球基地將建立以氦-3元素為原料的能量站，為后續登月的航天器和其他裝備提供動力。

“嫦娥”探測出月球表面元素的類型和含量，確定月球土壤的結構及礦物組成，其中包括一些最重要的元素及礦產：硅、鋁、鈦、錳、鐵。由于地月間運輸成本高昂，航天專家認為，未來的月球基地最好通過“就地取材”的方式來建設：月球巖石可精煉成重量輕且堅固的建材。硅是玻璃、陶瓷與半導體的基本材料，可用于制造光學和電子元件。金屬元素可用于生產合金，制造設備部件。

雖然這還是一個看似遙遠的計劃，但目前中國已經掌握第一手科研資料。

中國通過實施“嫦娥計劃”取得了一項重要成果——精確分析出月球重力場的分布情況。中國對于探月衛星及探測設備的實際操控能力比外界預期的要強，而且有能力尋找適合航天器登陸的月面位置，進而在月面建立永久性科研基地。

國際航天界一度認為，月球表面的重力場是均勻分布的。日本利用“月亮女神”號衛星對月球進行觀測研究后發現，月球正面和背面的重力分布存在差異，同一區域的重力場也因地形及地下物質密度的不同呈現差異。此后，研究月球重力場分布成為各國航天專家的重要課題，因為這對提高繞月衛星軌道精度，及未來在月球表面建設基地都有參考價值。中國擁有這方面數據，對改進登月探測器和其他月球設備的動力系統，以及月球基地的選址和建設都將起到重要作用。

中國的無人探測器在月球上實施軟著陸，采集月球土壤標本帶回地球?？蒲腥藛T可以根據月球重力場的數據改進其操控和動力系統，讓它更加適合在月球上使用，保證動作精確度，提高工作效率。

基于以上科研成果，現在談論中國的月球基地就如同談論其太空站一樣，已不再是一個令人感到遙遠的話題。

機器人擔當主力

據美國《探索》雜志報道，日本宇宙航空研究開發機構計劃建成可供人員駐扎和活動的月球基地。該計劃包括：發射衛星到月球軌道實施探測;發射無人飛船登月;在月球上建立無人設施，采集標本并進行研究;最后建立月球基地，并派宇航員負責基地的運作和設備操作。

日本《朝日新聞》稱，作為探月計劃的一部分，日本決定啟用大量機器人建設并管理月球基地。日本開發的各種機器人足以支撐起月球無人基地的運作。它們可以完成分析磁場、勘探資源及能源設施建設工作，為建立有人基地打好基礎。

目前日本開發出的一些工業機器人經過改裝，能適應月球的環境，從而代替宇航員完成大量工作，比如操作望遠鏡進行觀測，勘探并開采月球礦藏等。

日本的月球機器人開發項目很寬泛，不僅包括傳統意義上的機器人，還包括其他智能化太空設備。例如本田集團正在開發可在月球上自主行駛的智能汽車;東芝公司正在開發可以在月球上裝卸設備的智能化機械手。日本曾耗資約1億美元，在國際空間站建立了一個足球場大小的浮動實驗室。東芝公司為該實驗室提供了大量零部件，其中最有代表性的就是具有高靈敏特性的大型機械手，其性能已經得到國際空間站的認可。

日本探月工程的重要目標是在月球建立可供人員活動的基地。該基地按要求必須可供2—3名宇航員駐扎半年時間，因此其復雜程度高，建造難度大。日本為此制定了周密的計劃，包括在完成對月球的初步探測后，先建立一個無人基地。第一階段是向月球表面運送一批機器人;第二階段是利用這些機器人建造并管理月球基地。

日本月球和行星探索項目主管川口淳一朗稱，希望這些機器人能為日本遠期的“月球移民計劃”打下堅實基礎。它們可通過所攜帶的工具探測月球表面的地形、重力場和磁場強度以及月壤的成分。接下來，日本可以向月球輸送原材料，然后由機器人建造月球基地。

機器人建成月球無人基地后，并不意味著完成了任務。它們還必須管理該基地，并最大限度地了解月球。有些機器人在月球表面的活動半徑可達100公里。它們能對巖石進行采樣和分析，幫助載人登月飛船尋找合適的著陸點。

編輯：姚志剛 winter-yao@163.com