“人造月亮”可行嗎

沈羨云

地球只有一個(gè)天然衛(wèi)星—月球。人類對(duì)月球的探索一直沒(méi)有停止。美國(guó)的“阿波羅計(jì)劃”將12名航天員送上月球，美國(guó)、俄羅斯、歐盟、日本、中國(guó)、印度的月球探測(cè)器進(jìn)入月球軌道或到達(dá)月球表面，中國(guó)的“嫦娥四號(hào)”完成人類首次月球背面軟著陸，“玉兔二號(hào)”月球車也成功在月面行走。但是，月球太孤單了，要是有幾個(gè)“姐妹”陪伴就好了。最近，中國(guó)宣布將首次為月球送上4個(gè)“姐妹”—“人造月亮”。

“人造月亮”的構(gòu)想和試驗(yàn)

在現(xiàn)代生活中，由于科技的不斷發(fā)展，一些不可再生能源不斷被消耗，日漸枯竭，為了節(jié)約能源，中國(guó)才有了發(fā)射“人造月亮”這個(gè)計(jì)劃。其實(shí)，“人造月亮”的構(gòu)想最早源于一位法國(guó)藝術(shù)家的想法：“在地球上空掛一圈鏡子做成的項(xiàng)鏈，讓它們一年四季把陽(yáng)光反射到巴黎的大街小巷。”這個(gè)想法曾被歐洲航天局譏為“癡人說(shuō)夢(mèng)”和“荒唐至極”。

但是，俄羅斯卻決定將這一藝術(shù)構(gòu)想變?yōu)榭茖W(xué)構(gòu)想，實(shí)施了代號(hào)為“旗幟”的一系列計(jì)劃。1993年2月4日，俄羅斯在“和平號(hào)”空間站上進(jìn)行了一次代號(hào)為“旗幟2”的“人造月亮”的初步探測(cè)試驗(yàn)，這次試驗(yàn)獲得成功，在太空展開(kāi)了人類第一個(gè)太陽(yáng)帆。“旗幟2”的陽(yáng)光反射鏡裝在一個(gè)鏡包中，由8瓣厚度僅有5微米的超薄鍍鋁膜片組成，鏡瓣之間由32根線連接。鏡包打開(kāi)，依靠自身放置產(chǎn)生的離心力舒展開(kāi)來(lái)，成為一輪“人造月亮”。這個(gè)“人造月亮”直徑為20米，地面光斑直徑4千米。當(dāng)它運(yùn)行到西歐上空時(shí)，恰好是后半夜，它大方地向地面射去了第一縷光。可惜由于云層太厚，人們未能詳細(xì)地觀察到這一不同尋常的現(xiàn)象。但很多人都說(shuō)曾看到一束光亮。試驗(yàn)結(jié)束后，反射裝置與“進(jìn)步號(hào)”飛船分離。

這次探索性的試驗(yàn)是成功的。居住在俄羅斯北方的居民在朦朧的夜色中看到了一個(gè)蔚為壯觀的景象：一個(gè)從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的新奇的“月亮”緩緩劃過(guò)夜空，從約300千米的高空像探照燈那樣將一束暗淡的光束投向夜幕下的大地，在地面上形成一個(gè)直徑約4千米、亮度低、明顯可見(jiàn)、快速移動(dòng)的光盤(pán)。幾小時(shí)后，在莫斯科時(shí)間中午時(shí)分，這個(gè)“月亮”又將暗淡的光盤(pán)投射到了距俄羅斯數(shù)千千米之外、仍處于茫茫夜色之中的加拿大土地上。在加拿大的晴朗夜空中，人們可以清晰地看到在天空中“飄揚(yáng)”的“旗幟2”，有人還拍下了照片。

1999年2月4日，俄羅斯“進(jìn)步M-40”貨運(yùn)飛船攜帶了一面反射鏡進(jìn)入太空，進(jìn)行代號(hào)為“旗幟2.5”的陽(yáng)光反射試驗(yàn)。按照預(yù)先的設(shè)想，鏡瓣在離心力的作用下會(huì)迅速展開(kāi)，形成一個(gè)直徑為25米的反射鏡面，每個(gè)鏡瓣都是由專門(mén)的鍍鋁箔片制成。在“和平號(hào)”空間站上的兩名太空人帕達(dá)爾卡和阿夫杰耶夫的操控下，像向日葵似地朝向太陽(yáng)。這個(gè)直徑達(dá)25米的“人造月亮”的總重量不到4千克。幾乎所有“和平號(hào)”空間站經(jīng)過(guò)的國(guó)家如俄羅斯、法國(guó)、捷克和加拿大等都會(huì)陸續(xù)出現(xiàn)一束來(lái)自太空投下的陽(yáng)光。光束的直徑在地面為5～7千米。夜色中，反射光的亮度10倍于月球，足以讓人讀書(shū)閱報(bào)。

但是，在飛船離開(kāi)“和平號(hào)”空間站150～200米時(shí)，僅過(guò)了1分半鐘，“進(jìn)步號(hào)”的天線突然打開(kāi)，巨大的反射箔片就絆在了天線上，反射鏡未能打開(kāi)。“和平號(hào)”上的太空人用遙控系統(tǒng)啟動(dòng)貨運(yùn)飛船的引擎，轉(zhuǎn)動(dòng)天線，使箔片擺脫了天線的羈絆。但是，當(dāng)貨運(yùn)飛船再次旋轉(zhuǎn)時(shí)，又出現(xiàn)了相同的問(wèn)題。俄羅斯航天局地面飛行控制中心分析后判斷，反射鏡發(fā)生了纏繞現(xiàn)象。經(jīng)歷兩次的修正失敗后，俄航天部門(mén)決定中止試驗(yàn)。1999年2月5日，“進(jìn)步M-40”貨運(yùn)飛船帶著未打開(kāi)的反射鏡進(jìn)入地球大氣層燒毀，未燃盡的殘余物墜入太平洋南部水域，這次試驗(yàn)以失敗告終。“旗幟3”是前兩個(gè)“旗幟”計(jì)劃的放大版，直徑為60～70米。但是該項(xiàng)目在“旗幟2.5”失敗后被廢棄。之后，由于種種原因，俄羅斯停止了“人造月亮”的計(jì)劃。

中國(guó)的“人造月亮”計(jì)劃

中國(guó)、俄羅斯、美國(guó)、日本、歐盟等都在開(kāi)展空間能源應(yīng)用項(xiàng)目的技術(shù)攻關(guān)與驗(yàn)證。通過(guò)反射鏡來(lái)制造“人造月亮”“人造太陽(yáng)”的這個(gè)設(shè)想大家都有。但是，誰(shuí)能走在前面、早日實(shí)現(xiàn)空間能源利用，還需要腳踏實(shí)地地進(jìn)行科研攻關(guān)和商業(yè)應(yīng)用模式的探索。

2018年10月在全國(guó)大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新活動(dòng)周期間，成都主會(huì)場(chǎng)舉辦了“創(chuàng)響中國(guó)” 專場(chǎng)活動(dòng)。在這次活動(dòng)中，展出了中國(guó)“人造月亮”項(xiàng)目。 這意味著這一項(xiàng)目在技術(shù)上已經(jīng)十分成熟，可以付諸實(shí)踐了。這個(gè)項(xiàng)目是由天府新區(qū)系統(tǒng)科學(xué)研究會(huì)為主導(dǎo)，北京理工大學(xué)、航天科工微電子系統(tǒng)研究院等多家學(xué)院與研究院共同參與論證的。這個(gè)項(xiàng)目提出2020年首顆“人造月亮”將完成從發(fā)射、入軌、展開(kāi)到照明整體系統(tǒng)的演示驗(yàn)證并發(fā)射，2022年3顆“人造月亮”將發(fā)射升空，并進(jìn)行從展開(kāi)到照明的整體系統(tǒng)演示驗(yàn)證試驗(yàn)。

所謂的“人造月亮”其實(shí)就是一顆衛(wèi)星，但是利用某些特殊的手段，讓這顆衛(wèi)星可以在天上持續(xù)發(fā)光，而且亮度比現(xiàn)在的月亮還要高出數(shù)倍。如果這個(gè)試驗(yàn)成功的話，那么我國(guó)四川成都將成為世界上首座沒(méi)有黑夜的城市，這將能大大節(jié)約能源消耗。據(jù)了解，“人造月亮”可以達(dá)到8倍月光的照明亮度，將這種裝置發(fā)射于地球上空，能讓一座城市的照明亮度達(dá)到夏季黃昏時(shí)的亮度。

不過(guò)，要想讓“人造月亮”保持固定的照射角度，那么必須將其發(fā)射到地球的同步軌道上。但是，這其中存在一個(gè)難題，那就是同步軌道距離地球較遠(yuǎn)，“人造月亮”照射到地球上的光照亮度會(huì)低于預(yù)期，所以，這個(gè)設(shè)想是行不通的。經(jīng)過(guò)反復(fù)討論之后，我國(guó)專家提出新的解決方法，那就是將“人造月亮”發(fā)射到近地軌道上，雖然在近地軌道上，“人造月亮”無(wú)法完成同步運(yùn)轉(zhuǎn)，但是卻能夠完整地將光線反射回地球上，因此，只需要將“人造月亮”的數(shù)量提升至3顆就可以了。只要將3顆“人造月亮”按照相等距離發(fā)射到地球的近地軌道上，就能讓其在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中保持足夠的光線照射，從而達(dá)到一座城市永無(wú)黑夜的效果。

“人造月亮”由位于地球軌道500千米處的3面鏡子組成，它們以7.62千米每秒的速度飛馳在地球軌道，每天可以24小時(shí)固定照明成都地區(qū)3500～6400平方千米的地表面積，亮度將達(dá)到月亮的 8倍，每年可節(jié)約12億元的電費(fèi)。

其實(shí)“人造月亮”的原理并不復(fù)雜，難就難在它是一顆大型的人造照明衛(wèi)星，本質(zhì)上是航天器，所以關(guān)鍵的難點(diǎn)還是在航天技術(shù)方面。“人造月亮”將在距離地表500千米以內(nèi)的近地軌道運(yùn)行，首先需要用火箭將它們發(fā)射上去，到了太空之后，進(jìn)入軌道，打開(kāi)，完成一系列的操作。別小看這些操作，這些操作涉及了目前最頂尖的航天技術(shù)，比如對(duì)航天器的軌道、姿態(tài)的精準(zhǔn)控制等，這些都是難度很高的。而且太空環(huán)境十分復(fù)雜，制造材料也需要經(jīng)得起考驗(yàn)。

質(zhì)疑和支持

我國(guó)計(jì)劃發(fā)射“人造月亮”的新聞公布后，在世界范圍內(nèi)引起轟動(dòng)。贊揚(yáng)的有之，自豪的有之，質(zhì)疑的有之。

質(zhì)疑依據(jù)

提出這類看法的人總的依據(jù)是：人類能夠利用主觀能動(dòng)性對(duì)客觀世界進(jìn)行改造，但是無(wú)法對(duì)客觀規(guī)律進(jìn)行改造。如果強(qiáng)行在地球的上空打造一面特大的反射鏡，讓原本沒(méi)有太陽(yáng)光的地方也充滿了光明，這其實(shí)是在違背自然規(guī)律。具體表現(xiàn)在以下幾方面。

1.打亂了人和動(dòng)物的生物節(jié)律

自古以來(lái)，人類仰望星空，發(fā)現(xiàn)并積累了許多重要的科學(xué)知識(shí)。若城鄉(xiāng)的夜間照明導(dǎo)致夜空亮若白晝，光污染將迅速蔓延。這不僅使花前月下的浪漫沒(méi)了，還打亂了千百年來(lái)形成的動(dòng)物和人的生物節(jié)律，其危害是無(wú)法彌補(bǔ)的。

幾十億年來(lái)，地球上的所有生命都依賴于日夜交替的規(guī)律變化，包括人類在內(nèi)的許多物種都需要在黑暗環(huán)境下休養(yǎng)生息，這一特性存在于人和所有動(dòng)植物的基因序列中。然而，人為照明使得夜晚被照亮，日益嚴(yán)重的光污染嚴(yán)重干擾了夜間環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)。光污染對(duì)人類健康有很大的影響。人類在進(jìn)化的過(guò)程中已經(jīng)習(xí)慣了白天和黑夜的更替，而人造光的增加意味著我們不再經(jīng)歷完全黑暗的環(huán)境。研究表明，人造光會(huì)對(duì)人類的健康造成許多負(fù)面影響，可增加患肥胖癥、抑郁、睡眠紊亂、糖尿病等疾病的概率。對(duì)動(dòng)植物來(lái)說(shuō)也不是一件好事。很多野生動(dòng)物依賴于每天光明與黑暗循環(huán)的節(jié)奏，來(lái)支配自身的生命行為，例如繁殖、進(jìn)食、睡眠以及躲避捕食者，甚至遷徙。對(duì)其他野生物種的研究顯示，不僅僅在市中心，農(nóng)村地區(qū)的光污染同樣可以改變它們的生活習(xí)性、覓食地以及生育周期。昆蟲(chóng)和鳥(niǎo)類是光污染的最大受害者，它們中有部分物種因?yàn)楣馕廴镜挠绊懀瑪?shù)量已經(jīng)大幅度減少，尤其是一些晝伏夜出的動(dòng)物，如蝙蝠，會(huì)影響到它們夜出捕食的習(xí)性。原來(lái)白天它們?cè)诙粗兴X(jué)，晚上外出捕食。現(xiàn)在人造月亮一照，黑夜變成白晝，蝙蝠的生物鐘可能永遠(yuǎn)停止在白天的刻度上，將造成它們的死亡。又如，夜間遷徙或捕食的鳥(niǎo)類通過(guò)月光或者星光來(lái)導(dǎo)航。人工光源會(huì)導(dǎo)致它們偏離航線，向著危險(xiǎn)的城市夜空飛行。候鳥(niǎo)依賴四季合理更替的時(shí)空信息，人工光源會(huì)導(dǎo)致它們遷徙過(guò)早或者過(guò)晚，錯(cuò)過(guò)了筑巢、捕食和其他活動(dòng)的最佳環(huán)境條件。因此，這項(xiàng)光明工程再偉大，帶給地球的不是福音，而是災(zāi)難。

2.？影響天文觀察

人造月亮帶來(lái)光污染，會(huì)影響天文觀測(cè)。很多天文上的觀測(cè)需要在漆黑的夜空中才能更好進(jìn)行。如今，因?yàn)楣馕廴荆S多天文臺(tái)已經(jīng)受到干擾甚至不能再使用，人類數(shù)千年來(lái)仰望、觀測(cè)的星空資源及其文化正在消失。

3.造成巨大災(zāi)害

英國(guó)網(wǎng)站曾發(fā)布的一篇文章中提到，“人造月亮”一旦升空，若是與月球進(jìn)入同一軌道，將會(huì)直接引發(fā)火山噴發(fā)，甚至?xí)霈F(xiàn)更多的火山。除此之外，“人造月亮”也會(huì)對(duì)海洋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，如潮汐運(yùn)動(dòng)效果將可能極度被放大，使得紐約等沿海城市遭遇洪水災(zāi)害。

支持理由

1.節(jié)約能源

我國(guó)作為世界人口大國(guó)，每年耗費(fèi)大量不可再生能源。因此，這項(xiàng)計(jì)劃一旦成功，其亮度將達(dá)到月亮的8倍，相當(dāng)于黃昏時(shí)的光照度，完全可以在夜晚起到照明作用，極大地節(jié)省了能源。白天，人造月亮儲(chǔ)存光源，到了夜晚，它就開(kāi)始辛勤地工作，它的巨大能量將會(huì)代替地球上的其他照明設(shè)施。比如，人造月亮為一個(gè)面積為50平方千米的區(qū)域提供照明，那個(gè)地區(qū)一年節(jié)省的用電成本可能會(huì)達(dá)到12億元。如果這種技術(shù)被廣泛運(yùn)用，可以節(jié)約的能源將無(wú)法想象。人類就好比在太空中安裝了一臺(tái)免費(fèi)的能源供應(yīng)機(jī)器，將太陽(yáng)能發(fā)揮到了極致。而作為首個(gè)測(cè)試地點(diǎn)的成都，也將成為世界上第一個(gè)擁有永久光明的城市。

2.不用擔(dān)心會(huì)造成光污染？？

“人造月亮”的設(shè)計(jì)亮度是自然月光的8倍，但多少會(huì)因?yàn)榇髿膺\(yùn)動(dòng)等多方面的影響，使得照明效果有所衰減，在照明區(qū)域的實(shí)際光照效果大概相當(dāng)于夏天黃昏時(shí)的光照。直觀一點(diǎn)的感受就是照明的效果相當(dāng)于普通路燈照明效果的20%。

如果太空中出現(xiàn)了兩個(gè)或者3個(gè)月亮，會(huì)不會(huì)影響地球原本的晝夜交替，甚至影響到人體內(nèi)的生物鐘？研究人員表示，大家不必有這樣的擔(dān)心。因?yàn)樵O(shè)計(jì)師已經(jīng)考慮到了這一點(diǎn)，“人造月亮”上包含了可調(diào)控的操作，可以實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)與精準(zhǔn)照明，選擇需要的光亮傳輸?shù)降厍蛏希苊膺^(guò)度光照帶來(lái)的負(fù)面效果，并不會(huì)對(duì)地球原本的自然規(guī)律和人類的生活造成不良影響。在“人造月亮”運(yùn)轉(zhuǎn)期間，人們仰望夜空，只會(huì)看見(jiàn)一顆格外明亮的星星，而不是大家想象中的一輪明月。

3.？更多的用途

“人造月亮”是人類一次大膽的設(shè)想，它可能會(huì)在未來(lái)給人類提供一個(gè)新的照明途徑，節(jié)省電費(fèi)并不是它的主要作用。試想一下，在受到自然災(zāi)害侵襲的災(zāi)區(qū)，由于停電，肯定會(huì)給救援保障工作帶來(lái)很大阻礙，如果此時(shí)天空中有另外的光源，將在很大程度上幫助救援保障工作的進(jìn)行，并且舒緩民眾在黑暗中的不安感。同時(shí)，這一系統(tǒng)可以解決俄羅斯等國(guó)高緯度地區(qū)的照明問(wèn)題。這些地區(qū)每年總有長(zhǎng)夜難明的極夜時(shí)期，渴望光明的人們深受其苦。目前，人們也在設(shè)想，能不能在月球軌道上放置陽(yáng)光反射鏡，讓月球探測(cè)器能夠少受長(zhǎng)月夜帶來(lái)的影響。美國(guó)人的想法更科幻：把陽(yáng)光反射鏡部署在火星軌道上，用來(lái)為火星營(yíng)造類似地球的環(huán)境，或者用巨大的反射鏡遮擋陽(yáng)光，給越來(lái)越熱的地球降溫。所以，“人造月亮”技術(shù)仍可在太空探索的其他領(lǐng)域發(fā)揮作用。

4.不會(huì)給地球帶來(lái)災(zāi)難

我國(guó)研發(fā)的“人造月亮”裝置不過(guò)是在地球上方500千米地球近地軌道上運(yùn)行的一顆帶有大型反射鏡面的空間照明衛(wèi)星，這種衛(wèi)星的重量并不大，現(xiàn)在在這個(gè)軌道上運(yùn)行的國(guó)際空間站和“天宮二號(hào)”比“人造月亮”大得多，都不會(huì)對(duì)地球產(chǎn)生多大影響，人類發(fā)射了上千顆人造衛(wèi)星在地球的軌道上，也沒(méi)見(jiàn)到地球出現(xiàn)什么問(wèn)題，一顆小小的“人造月亮”怎么能有這樣大的影響呢？這真是杞人憂天！

筆者認(rèn)為關(guān)于是否要發(fā)射“人造月亮”的問(wèn)題，正反兩方面的意見(jiàn)都值得考慮。眾所周知，科技是一把雙刃劍，如果利用得好就能夠讓問(wèn)題迎刃而解，如果利用得不好反而會(huì)傷到自己。如果強(qiáng)行在地球的上空打造一面特大的反射鏡，讓原本沒(méi)有太陽(yáng)光的地方都充滿了光明，這其實(shí)是在違背自然規(guī)律。再者，很多天文觀測(cè)需要在漆黑的夜空中才能更好進(jìn)行。那么，“人造月亮”這個(gè)概念對(duì)人類來(lái)說(shuō)是利還是弊呢？要辯證看待。在理論上，確實(shí)存在將“人造月亮”研發(fā)成功的可能性，現(xiàn)實(shí)中也有必要研發(fā)出“人造月亮”為更多地區(qū)帶去照明，從而節(jié)省電能的消耗。與此同時(shí)，還需要考慮“人造月亮”的性價(jià)比、安全性等問(wèn)題，在盡量不干擾人類、自然界生物正常存在的情況下運(yùn)行才符合人類的要求。