重返月球

李有观

“阿波罗”计划结束后，美国的月球探索计划一度沉寂。随着近些年科学技术的飞速发展，殖民外星的话题越来越热，而火星似乎是最抢眼的选择。但就在这种热议声中，始终有着不一样的声音——重返月球。

“你来到这里是为了帮助人类成为一个太空物种。”

这是2014年8月在美国举行的一场研讨会的宣传册的开场白。参加这场研讨会的是美国航天领域以及其他领域的一些著名科学家和专业人士，其中包括美国遗传学家、化学家乔治·丘奇教授和XPrize基金会的创始人兼总裁、太空探险公司的联合创始人兼副总裁彼得·迪亚曼蒂斯。这场研讨会的目标是：探索和研究在月球上建立人类定居点的低成本方案。

“你来这里是为了实现这个登月计划。”宣传册继续写道。

美国航空航天局的天体生物学家克里斯·麦凯博士协助组织了这次会议，之后他在《新太空》杂志上主编了一期特刊，刊登了这次研讨会发表的9篇论文。这些论文有助于推动整个行星科学界和商业航天机构中不断发展的想法。9篇论文的细节各不相同，但有一个大致相同的观点：我们可以很快在月球上建立一个永久性的有人居住的基地，而且成本不会很高。

当然，这不是美国科学家第一次谈论重返月球的问题。

“在这之前所有重返月球的计划都未能实施的原因是它们的成本太高了。”克里斯·麦凯说，“美国的太空计划一直处于不计成本的状态中，这要追溯到‘阿波罗计划时期。”

按照今天的标准，1969年美国首次将人类送上月球的“阿波罗”计划的成本高达1500亿美元。

相比之下，《新太空》杂志刊登的论文得出的结论是，我们可以用100亿美元或者更少的钱在2022年之前建立一个小型月球基地。

克里斯·麦凯说：“最重要的是采用不少新技术，其中一些甚至与太空毫无关系，例如自动驾驶汽车和废物回收厕所等。这些将在太空中非常有用，并且可以将建立月球基地的成本降低到也许很容易接受的程度。”

为什么要重返月球？

目前，美国航空航天局还没有再次将人类送上月球的计划，而是致力在20世纪30年代登上火星。但是克里斯·麦凯和其他人认为，如果我们不首先学会在自己的后院露营，我们就不可能在火星上徒步旅行。

“我的兴趣并不是月球。对我来说，月球就像一个混凝土球一样暗淡乏味。”克里斯·麦凯说，“但我们只有首先学会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。可以说月球是火星的研究蓝图。”

月球基地将在宇航员前往火星之前为充分测试新的推进系统、栖息舱、通信和生命保障系统提供宝贵的机会——前往火星大概需要9个月的时间，而前往月球只需要几天时间。

问题是，美国航空航天局倾向认为自己只能够负担前往月球或者前往火星的任务。如果克里斯·麦凯和他的同事提出的建议是对的，我们就可以同时负担前往这两个目的地的任务——只需要一种新的思考方式。

重返月球还有其他的理由。迄今我们只探索研究过月球表面的一小部分，建立一个永久的月球基地肯定会推动一些有趣的科学研究。

此外，还有一些国家都想这样做，如果各国合作建造月球站，就可以降低成本，就像建造国际空间站一样。

美国的私营航天公司也准备好重返月球了。许多公司希望在月球上提取水，并将其分解成氢气和氧气。氢气和氧气能够作为火箭燃料，供飞往火星的航天器使用。月球旅游也可能成为一个热门市场。

“如果私营航天公司承担了这部分任务，美国航空航天局就只需要负责制定有关的法律法规。”克里斯·麦凯说，“美国航空航天局重新登上月球的最快方法就是让其他人去做。”

怎样在月球上建立基地？

关于建造月球基地，专家提出了不少方法。

许多建议都是利用机器人探索开始的，目的是找到一个永久居住的完美地点。其中一篇论文提出，“一种名为MoonCats的机器人（类似于Bobcat推土机，但适合在月球上进行挖掘）可以为着陆点和栖息舱平整地形，其他机器人则安装太阳能电池板”。

在栖息舱模块到达之后，一种名为Lunar Surface Mules的機器人可以帮助安装它们，为人类的到来做好准备。

人类定居月球很可能是缓慢开始的。首先是一小群人在月球上进行短暂停留，随着时间的推移，任务时间会越来越长，规模会越来越大，直到形成一个永久性的居留站，就像国际空间站一样。最终，这个居留站会演变成一个复杂的、多用途的定居点，可以容纳数百人和他们的孩子长时间生活在那里。

一些机构把月球站设想成科学基地，而另外一些机构将其想象成更具商业性的东西。

“月球的一些可能的出口产品包括：来自永久阴影区环形山的水，来自小行星撞击地点的贵金属，甚至可供地球居民使用几个世纪的无污染燃料氦-3。”其中一家机构写道，“随着往返地球和月球的运输变得越来越频繁，越来越便宜，月球旅游市场就会开始兴起，并可能成为未来重要的收入来源。”

需要什么技术才能够在月球上生存？

在一个基本的层面上，我们已经知道如何在月球上生存，因为人类已经在国际空间站生活了许多年。

“在过去的14年里，便携式生命保障系统（简称PLSS）已经在国际空间站得到了验证。”一家机构写道。便携式生命保障系统可以循环利用空间站上的水，并且平衡氧气和二氧化碳的水平。“如今我们已经拥有了足够的生命保障技术，完全可以支持人类在月球上的第一次定居。”

专家估计，按照目前的发射价格，美国太空探索技术公司可以以每年3.5亿美元或更低的费用为10名宇航员运送需要的食物和必需品。

其他技术也可以用来降低月球基地的成本。例如，虚拟现实技术就可以帮助进行规划工作。

一个包含数据库和知识库的月球虚拟现实环境，可以成为各种机构探索、操作场景开发和设计细化的有力工具，用于热环境测试、结构、计算机辅助设计/计算机辅助制造和3D打印的工程软件的进一步集成可能会成为建造托尼·斯塔克风格（第一部《钢铁侠》电影中的虚拟现实环境）的设计环境的模板，可以在我们重返月球之前大大推进月球环境的开发设计以及识别和解决一些问题。

利用3D打印技术可以替换月球站上已经损坏的小部件，从而降低发射成本。

美国航空航天局的衍生技术时代可能即将结束。克里斯·麦凯说，为太空飞行开发高度专业化且成本昂贵的技术，然后转化为日常用品的方式将被淘汰，实际上日常用品都可以适应太空飞行。“我最喜欢的是盖茨基金会的‘厕所创新挑战计划。这项计划鼓励人们采用新的方法来处理大小便，并将其回收转化为能源、清洁的水和可用于农业的营养物质。”

“美国航空航天局可能花费数十亿美元研制一个太空厕所。”克里斯·麦凯说，“或者我们可以购买盖茨基金会开发的蓝色厕所。”

下一代技术

许多负担得起的有关月球基地的建议都依赖于目前还不拥有的技术。不过这些技术距离实现已经不远了。

太空探索技术公司研制的“猎鹰”9号火箭应该能够以相当不错的价格将小型有效载荷运送到月球，但如果要运送月球栖息舱等较大的有效载荷，就需要更大型的火箭，例如该公司最近研制的“猎鹰重型”火箭。其他策略包括在轨道上给火箭加燃料——这项技术还没有经过测试。

美国毕格罗宇航公司研制的充气式太空舱是未来月球居住的最佳竞争者。这种柔性太空舱可以折叠起来装进火箭的货舱中，然后在月球上像弹出式帐篷一样展开。该公司已经于2016年向国际空间站发射了一个测试版本的小型充气式太空舱，并计划于2018年发射较大的“BA-330”型充气式太空舱。由于毕格罗宇航公司主要致力利用这些充气式太空舱在地球轨道上建立商业空间站，因此该公司的设计可能适应在辐射水平相当高的月球上运行。

在月球上应该住在哪里？

根据其中的一篇论文，在月球上选择房地产时，需要考虑四个基本因素：电力供应、通信、资源以及机动性。

太阳能很可能是未来月球站主要的电力来源。问题是，月球上的大多数地方都有长达354小时（约15天）的“夜晚”，这不利于太阳能电池的充电。相比之下，月球的两极可以获得更多的阳光，其夜晚持续时间只接近100小时（4天）。因此，第一个月球站很可能选择在两极的其中一个极点。

与两极相比，在月球面向地球的一侧通信会更容易，但设在月球或轨道上的中继站应该提供可靠的连接。

在月球的两极除了可以获得更多的阳光外，在它们深暗的环形山中，还可能含有大量的冷冻水。这些冷冻水可以被提取出来为月球站提供水和氧气，或者转化成火箭燃料以获利。

虽然月球的北极和南极接收到的光量差不多，但在这次调查中，北极还是排在南极的前面，因为它的地形比较平坦，更容易穿越。

这篇论文特别指出，月球北极皮尔里环形山的边缘地带是建立低成本月球站的首选位置。雷达和遥感探测结果显示，皮尔里环形山可能含有水或其他含氢分子，而且地形相对平整，使机器人更容易在其冰冷的底部钻探以獲取资源。

一些即将实施的任务——包括美国航空航天局的“月球手电筒”和“月球冰立方”探月立方体卫星任务——旨在绘制月球上的水分布图，这可能有助于进一步完善对月球房地产的选择。

需要多少费用？

总体来说，这些论文的共识是，美国航空航天局可用100亿美元建立一个月球基地，以后每年的维持成本约为20亿美元或更少，这与美国航空航天局每年向国际空间站投入的费用差不多。据估计，只要稍微重新安排一下，美国航空航天局的现有预算就能够满足需要。

“建立月球基地的成本变得如此之低，也许我们会考虑不需要美国航空航天局来参与。”克里斯·麦凯说，“私营公司就可以实施这个任务。”

之前的一项研究估计，如果月球上存在大量的水，那么一个基地就能够自给自足，每年可产生价值400亿美元的火箭推进剂。

更重要的是，这样的基地有可能在未来10年内建成并投入运行。

实际上，实现这一目标需要更长的时间，也需要政策的变化和技术的发展。不过克里斯·麦凯认为，心理障碍才是最重要的，“如果我们都能够改变心态，积极交流和思考如何使其成为现实，那么这一目标就可能早日实现”。