建立一个月球基地有多难? 月球,NASA,基地

  原标题:建立一个月球基地有多难?

  来源:趣科普(ID:qukepu)丨作者:小菌

  今年,德国科隆将举办有史以来规模最大的月球模拟体验。

  在一个占地超过1000平方米的人造月球上,科学家连接到起重机和滑轮系统,来模拟月球的重力变化。

建立一个月球基地有多难?-第1张图片-天网之家

图源:欧洲航天局

  当需要休息的时候,还可以进入休息区内,体验在地球上生活的场景。

  这一月球模拟真正目的还是暴露了人类的“野心”——移民月球!

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图源:Maciej Rębisz 概念图

  自美国宇航员1969年登月以来,到目前为止,还没有第二批人类登上过月球。

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图源:NASA

  之后造访月球的基本都是冷冰冰的金属探测器,与冰冷寂静的宇宙倒是完美融合。

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图源:Maciej Rębisz 概念图

  而如果人类要移民月球,至少得在月球表面建立一个长期的定居基地,这样才能保证基本的生存。

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图源:Maciej Rębisz 概念图

  不过月球可不比地球,在月球表面建立一个基地可太难了。

  首先要解决的问题是水源。

  从地球运输淡水去月球,对于长期定居的月球基地显然不太现实。

  而多年以来,在月球赤道收集的岩石样本都表明了这个卫星是干燥、不含水的。

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美国宇航员从月球带回的岩石样本  图源:美国国家地理

  不过,随着探索逐渐两极化,探测器在月球的两极发现了冰块的存在,并且根据分析,每极可能含有100亿吨的冰层。

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图源:NASA

  这似乎出现了一丝机会?

  可惜还是不够。

  尽管发现了冰块,对于冰层的厚度、冰层是与土壤混合还是单独的存在,目前尚不可知。

  为了解决这些问题,印度Chandrayaan—2月球车和俄罗斯的LUNA27登陆器将于2022年登月探测。

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俄罗斯Luna27登陆器

  探测还是后话,现在还有一个更重要的工作需要进行,那就是采集冰块。

  在月球上进行采集工作最大的困难就是能源,因为挖掘机器需要能量来工作。

  在太空环境中,一般是依赖于钚电池这种同位素电池自然衰变来产生能量,不过这种电池费用昂贵,用于开采冰块有点大材小用了。

  这样看来,挖掘机器的能量好像只能从一个地方获取了。

  那就是太阳系中最大的能量体——太阳。

  科学家从挪威南部Rjukan镇借用了一种特殊的“引光”方法。

  Rjukan镇因为地处山谷处,所以很难享受到阳光的沐浴。

  当地政府在小镇旁的高山上建造了几面巨大的反射镜,将太阳光投射到谷底,让小镇上的人也可以生活在阳光之下。

  在月球上,已探明的冰层位于永久阴影的陨石坑中,这是太阳系中已知的天然最冷点。

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月球南极冰层概念图  图源:NASA

  利用巨大的反射镜,来自高峰的太阳光可以直接进入到陨石坑,在里面通过日光的能量把冰块融化。

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图源:nature

  收集的液态水运到加工厂,一部分经过处理变成可饮用的水源。

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加工厂概念图  图源:Maciej Rębisz

  另一部分通过太阳能电力分解为氢气和氧气,然后这些气体还可以储存起来,用作火箭推进剂。

  水的问题解决了。

  下一个人类必需的生存条件——氧气。

  虽然电解水可以得到些许氧气,但是这不能作为主要的氧气来源。

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电解水实验

  那么在月球上还有什么办法可以获得氧气呢?

  从月球上的土壤中,也就是Regolith(风化层)。

  风化层在月球表面随处可见,其中含有二氧化硅和其他金属氧化物。

  如果按照元素划分,月球土壤含有43%的氧,21%的硅,13%的铁,8%的钙,6%的铝,5%的镁和4%的其他元素。

  也就是说,其中的含氧量非常高。

  那么现在问题就在于要如何从土壤中制出氧气呢?

  2010年美国NASA航天局在夏威夷群岛进行了月球模拟实地测试,其中就包括了从土壤中制出氧气。

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图源:Regolith

  在夏威夷莫纳克亚火山发现的特弗拉火山灰,是一种和月球表面土壤很相似的矿物。

  研究人员使用风化层进料系统,将火山灰倒入进料系统,通过进料系统简单处理后,再输送到反应堆。

  经过反应堆中甲烷的碳热还原过程,把氧气从土壤中分离出来,最后使用旋风分离器把废料和气体分离开。从而得到氧气。

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图源:Regolith

  不过这种方法尚未在低重力环境下实验,但是这次模拟验证了从月球土壤中获取氧气是可行的。

  而且从土壤中提取氧气还有一个好处是在月球上任何一个地方都可以进行,这对于远离两极的科学研究有很大的帮助。

  有了水、氧气,还需要什么呢?

  “队长!队长,那边下雨了,我们去哪躲雨啊?over!”

  “你跟我在这闹呢?月球怎么会下雨?”

  “队长,你没听说过流星雨吗!?”

  没错,因为月球没有大气层,偶尔下点“小陨石雨”也是家常便饭,所以在月球上定居还需要一个稳定的庇护所。

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图源:Regolith

  根据月球表面的地形,在天然形成的洞穴、峡谷、或者陨石坑内,可以来建立庇护所,而建筑材料也来源于风化层。

  科学家将月球表面的风化物样本,在1100℃的高温下将它们结合在一起,形成了不规则的砖块。

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  来自维也纳的建筑公司Bollinger Grohmann Schneider和Liquifer Systems Group在去年4月份展示了用砖块制作的拱门和圆顶。

  但是材料的强度还不到混凝土的五分之一,制作一块砖块的时间也需要花费五个小时之久,远远达不到建筑的要求。

  当然除了水、氧气、庇护所这些问题之外,宇宙射线、辐射、长期定居需要的食物、建立月球外部环境监测网等问题也是不容忽视的。

  不过上述这些问题都能利用科学技术克服,建立月球基地最大的困难还是世界各国对于在月球建立基地目前没有统一的意见和相关的政策支持。

  所以任何一个国家都不会允许某个国家单独在月球上建立营地。

  那太可怕了。

  本文参考资料来源于:

  Fischer HR。 In-situ resource utilization–feasibility of the use of lunar soil to create structures on the moon via sintering based additive manufacturing technology。 Aeron Aero Open Access J。 2018;2(4):243-248。 

  中科院物理所

  NASA——Performance of Regolith Feed Systems for Analog Field Tests of In-Situ Resource Utilization Oxygen Production Plants in Mauna Kea, Hawaii

  Nature——How to build a Moon base

  NASA——The Moon and Mercury May Have Thick Ice Deposits

  PNAS——Direct evidence of surface exposed water ice in the lunar polar regions

  图片来源于:

  Maciej Rębisz、NASA、bing图片、美国国家地理、nature、Regolith

新浪科技综合

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