问题研究　月球基地该是什么样子

殖民月球有可能吗？利维坦2018-08-08本文转自微信公众号：利维坦（ID：liweitan2014），作者：Eric Niiler。利维坦按：著名的科幻小说作家亚瑟查理斯克拉克于1954年就曾经提出人类在月球上建立基地，并使用充气组件包覆月球基地以阻绝月尘进入的构想。人类对于月球的首次探测是在1959年由苏联所发射的月球2号探测器，它首次硬着陆于月球表面。月球3号在同一年拍到了月球背面的照片，并因此开启了无人操作的月球探测时代。及至今日，殖民月球的计划已经近在咫尺。不过相对于地球而言，月球环境可谓恶劣，月球的漫长黑夜（接近15个地球黑夜）、温度的剧烈变化、缺乏大气层、辐射线的照射等等，无疑都是对于人类殖民月球的挑战。因此，有人提议将月球基地建筑在地底下，这样可以抵抗辐射线与陨石的撞击，同时规避月球昼夜的极端温差（白昼的平均温度为摄氏107度，黑夜的平均温度则会下降到摄氏-153度）。负责“月球村”项目的欧洲太空总署专家伯纳德福因（Bernard Foing）对此十分乐观，他估计，到了 2050 年，将有上千人类在月球定居，甚至开始有孩子在月球出生。不论怎样，我个人都坚信人类不会永远留在地球上，我们有生之年也极有希望看到一个通往火星的太空前哨中转站了。当我年少时，我和哥哥曾深陷太空：1999（Space: 1999）无法自拔，永远看不够。这是一部20世纪70年代中期的电视剧，有着炫酷的特效，超级迷人的芭芭拉贝恩（Barbara Bain）与现实生活中的丈夫马丁兰多（Martin Landau）共同出演，以及包括对影片主角月球的描绘，使这部48分钟一集的周播剧彻底俘获了我们的心。虽然设定有写牵强：月球基地上发生地一场大爆炸把它撞出了绕地球运行的既定轨道，而后穿越银河系，进行了一场探索奇异新世界的旅行。它的背景设定在未来仅仅15年后。太空：1999海报。图源：gerryanderson 在阿波罗计划之后的那些年里，我们期待诸如NASA这样的在现实生活中从事太空基地工作的国际空间力量。40多年后，我们却仍然在等待我们的阿尔法月球基地（Moonbase Alpha，一款具有教育性质的电脑游戏，由虚拟英雄公司与美国国家航空航天局教育中心联合研发），而兴趣丝毫不减。前宇航员、拥有企业实干精神的梦想者们，以及诸如太空：1999的短命科幻剧，使得月球殖民之梦保持鲜活，直到今天，科技、金钱和政治利益的融合，正把这个想法从科幻推向现实。在我对太空科学家、业内官员和未来主义者们的采访中，似乎有一张非正式的月球殖民蓝图正在慢慢形成。首先，太空私企找到了降低发射成本的办法。现在，SpaceX公司表示每次发射“猎鹰9号”火箭的成本为6200万美元，而更强大的“猎鹰”重型火箭每次发射的成本估计为9000万美元。卫星公司和其他想要进入轨道的公司可以在批量采购中获得折扣。SpaceX公司正在向国际空间站运送食品和补给，希望在2019年年底前运送美国宇航员。“猎鹰9号”火箭发射瞬间。图源：TechCrunch然后是绕飞和轨道平台。中国计划在2020年之前发射一个绕地球运行的空间站，而美国宇航局NASA则要求私营公司2022年在月球附近开发和建设一个“月球轨道平台关口”。这可能是NASA未来在月球和火星上进行探索和定居计划的发射台。与此同时，像月球快递（Moon Express，由一群硅谷太空企业家所成立，以赢得Google月球X大奖，挖掘月球自然资源，获得经济价值为目标）这样的私人公司，以及中国、印度和欧洲航天局都在机器人登陆器和漫游探测器方面齐头并进。据支持者们所言，最后一步将会是人类在月球表面的持久驻留。也许先是一个政府的基地，接着是一个私企的月球度假胜地。月球快递MX-9登月探测器概念图。图源：The Planetary Society根据总部位于华盛顿州雷德蒙德的行星资源公司CEO克里斯勒维奇（Chris Lewicki）的说法，NASA对登月计划的长期参与是私营公司在月球表面得以进行开发建设的关键，该公司计划开采小行星，用于获得火箭燃料和水。政府项目就像购物中心里的主要租户。”勒维奇谈论到NASA和未来的月球基地时说，“没有这些大的租赁者，所有的小生意都没有存活的希望。没有NASA，这对我们来讲就很难做到。”有人说，这一切都可能在未来10年发生。另一些人说，要想开发出常规的月球发射技术，至少需要20年的时间，届时成本会降低，这样才能真正满足消费者的需求。“单一行星物种无法生存。离开这颗行星也许并不是一个坏的生存策略。或早或晚，它都会成为在月球上建立基地的动机之一。”一位月球专家说，虽然这种速度似乎很缓慢，但它意味着建立新世界的殖民地，这并非一蹴而就。“在发现、具体探索和开发之间有一个时间差，”詹姆斯W海德三世（James W. Head III）说，他是布朗大学的一名行星科学家，在NASA开始他的职业生涯，为阿波罗计划选择行星着陆点。电影月球（2009）剧照。图源：Daily Mail所以到底为什么要去呢？支持者相信月球殖民地将使我们更好地理解如何深入太阳系，同时又是一次千载难逢的有趣假期。月球比火星要近得多只需要3天时间到达，而不是9个月这使得月球汽车露营爱好者比那些最终到达火星的骨灰级太空背包客有更多的目的地选择。还有月球采矿的想法。一些中国和欧洲的研究人员认为，月球表面含有大量的稀有元素氦-3，可以作为未来从地球到太空的火箭燃料（它的缺点是加工并使其可用，需要耗费大量的能量）。在月球的极地区域也有冰冻的水：通过电解将水分解成氢和氧，你就有空气可以呼吸再加上另外的火箭燃料源。这可能还有很长一段路要走，但据欧洲和中国的月球项目相关领导人说，他们计划在即将到来的月球任务中进行探索和研究。殖民还有另一个很好的理由：我们的生存。詹姆斯海徳（James Head）记得，当被问及人类为何要重返月球时，在“双子座”、“阿波罗”和航天项目中飞行的阿波罗计划的指挥官约翰杨（John Young）总是说：“单一行星物种无法生存。离开这颗行星也许并不是一个坏的生存策略。或早或晚，它都会成为在月球上建立基地的动机之一。”月球经济可行吗？要使月球基地运转，必须有经济基础。美国已经有越来越多的“近地轨道”相关的业务公司（简称LEO）将卫星送入太空，为它们提供服务，并准备为人们在轨道上工作和生活创造条件。LEO的经济数据在持续增长。根据位于佛吉尼亚亚历山大市的一家咨询公司布莱斯空间&技术（Bryce Space and Technology）2018年5月的报告，自2000年开始，超过180个太空初创风险项目吸引了超过184亿美元的投资。SpaceX的估值达到了280亿美元，是太空产业的庞然大物，它的CEO伊隆马斯克（Elon Musk）想要做到如下的一切：发射一组绕地球轨道的卫星，让人们绕月飞行，并最终建立一个火星基地。SpaceX成功回收一级火箭的瞬间。图源：TechCrunch马斯克曾错过特斯拉Model 3的交付和他雄心勃勃的太空计划的最后期限。尽管如此，SpaceX火箭发射的频率2017年开始总共28次使它成为了最成功的太空商业发射公司。SpaceX通过研究计算如何重复使用已发射的火箭降低发射成本。这有可能打开地球和月球周围一系列零重力停靠站的大门，私人的休息站将最终取代国际空间站，这个耗资1000亿美元、由NASA资助、历时20年的任务，目前已进入最后阶段。白宫表示，希望在2024年之后有其他人来管理这个项目，这样NASA就能着眼于让人们重返月球和火星，尽管目前国会并不同意。艺术家对于毕格罗月球基地的构想图。图源：Bigelow Aerospace总部位于休斯敦的Nanoracks公司CEO杰弗里曼伯（Jeffrey Manber）认为，从近地经济过渡到月球经济的转变是现实的。Nanoracks是一家在空间站上运营自己的实验室空间的公司，为来自空间站的商业和大学客户发射10英寸见方的小型卫星，被称为“立方体卫星”。“5年内我们将拥有LEO酒店，10年后人们将会见到基础设施的发展。”曼伯说，“将会有酒店分散在边界各处，还有仓库、燃料补给站，接着就是商业模式或者月球殖民。”“拥有一个海因莱因式未来的关键，就在于将摆脱地球重力的成本降低，一旦做到这个，所有事情都会迎刃而解。”蓝色起源新谢泼德（New Shepard）火箭测试。图源：CNET我们大可以说曼伯是疯了，但是他说得很多事情实际上正在发生。2016年太空技术初创公司毕格罗航空航天公司在空间站上建造了一个充气宇航员工作舱，并计划在2022年前将其送入绕月轨道。该公司由罗伯特毕格罗（Robert Bigelow）所有，他是美国酒店经济型套房（Budget Suites of America hotels）的亿万富翁，并公开表示相信UFO会造访地球。毕格罗是参与月球竞赛的几位亿万富翁之一，其中包括拥有蓝色起源（Blue Origin，美国华盛顿州肯特市的私人太空公司）的杰夫贝佐斯（Jeff Bezos，亚马逊创始人）、SpaceX的马斯克、维珍银河的理查德布兰森（Richard Branson）。他们的雄厚财力和从季度收益回报中得到的自由度帮助推进了过去10年中技术的飞跃发展。他们建造火箭，可以让像毕格罗和Nanoracks这样的公司离开地球，飞向月球。只有在阿波罗时期的NASA才能赶上像贝佐斯这种人的烧钱速度，据说他每年卖出10亿美元的亚马逊股票，以维持“蓝色起源”。蓝色起源公司正在开发蓝月着陆器，它可以为基地做准备，搭载货物到月球表面，以及刚在7月份进行成功测试的新格伦（New Glenn）火箭。图源：Reddit月球殖民真的现实吗?安迪韦尔（Andy Weir）表示，让火箭发射的经济效益发挥得恰到好处，可能会成为使人类和货物在月球顺利着陆的关键转折点。他写了科幻小说火星救援（The Martian），讲述了一名被困宇航员的故事，该片由马特达蒙（Matt Damon）主演，在2015年轰动一时。作为后续，韦尔写道，阿耳特弥斯（Artemis）是一个月球殖民地，受到一项涉及采矿利益的掠夺和勒索计划的影响。故事发生在21世纪80年代，他相信现实中的月球基地是可能的。艺术家对于充气宇航员工作舱的构想图。图源：Bigelow Aerospace2016年，毕格罗与毕格罗航空航天公司员工合影。图源：Bigelow Aerospace“拥有一个海因莱因式未来的关键。”韦尔说，“他指的是20世纪50年代的科幻作家罗伯特海因莱因（Robert Heinlein），就在于将摆脱地球重力的成本降低，一旦做到这个，所有事情都会迎刃而解。”为了找出如何可以使富有的太空背包客花7万美元去月球度假，韦尔研究计算了大量数据。他粗略估计，火箭发射的成本必须从目前的每公斤4635美元（按2015年汇率计算）降至每公斤35美元左右。这是一个很大的降幅，不过花费的时间可能没有我们想象中那么长。韦尔相信，一旦这个问题得到解决，月球就已经拥有了建造城市所需的天然资源。图源：New Scientist“就算LEO运作成本降低，在这个世界仍旧需要使用当地的资源。”韦尔说道，“早期的拓荒者没有带去运木材的托盘来建造他们的房子。” 月球本身具有极其丰富的资源来建设基地，例如，覆盖月球表面的大量钙长石，可以分离成铝、氧气、钙和硅（用于玻璃）。不过，在他做完所有的研究之后，韦尔意识到就连地球的海底、极地，甚至撒哈拉沙漠都比月球殖民要容易得多。他指出，人类必须携带足够用于呼吸的氧气、食物和水，还得做好抵御太空辐射的保护措施。“问题是，你仍然不想把人类送上月球。”韦尔说，“你想要把机器人送上去。人类软绵绵、黏糊糊的，还会死。机器人很坚硬，再说它们要是挂了，没人会伤心