近日，中國工程院院士、中國探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁表示，正在研制的“嫦娥八號(hào)”有一個(gè)重大任務(wù)，就是研究如何在月球上蓋房子。他還透露，我國已研制出世界上第一臺(tái)“月壤打磚機(jī)器”。這些成果使大眾又一次對(duì)月球基建暢想煥發(fā)了熱情和憧憬。
那么，航天員和機(jī)器人想登上月球搞基建，需要解決哪些難題呢？半個(gè)多世紀(jì)以來積累的各國探月經(jīng)驗(yàn)表明，月球的巖土地質(zhì)條件與地球存在一定的相似之處，但在地球上搞基建的經(jīng)驗(yàn)顯然不能完全照搬到月球上。
有研究指出，月球地下熔巖管將是未來月球基地的理想選址，有望為航天員和設(shè)備提供必要的防護(hù)，抵御宇宙輻射和微流星體的威脅，甚至有可能保存著古老生命遺跡。
當(dāng)前，人類對(duì)月球地下熔巖管了解不多，有必要開展大規(guī)?？碧交顒?dòng)，比如出動(dòng)配備三維成像裝置和導(dǎo)航系統(tǒng)的機(jī)器人，詳細(xì)測繪其入口和內(nèi)部環(huán)境。接下來，航天員和機(jī)器人需要合理規(guī)劃利用、改造天然地形，適當(dāng)“挖洞”，還要選擇合適材料填補(bǔ)“縫隙”，完善空間利用率和增壓氣密性。
不過，地下基地更適合人類在月球生活的早期階段，而生理構(gòu)造和精神需求決定，人類始終向往生活在可見天日的建筑內(nèi)。這就要求在月表修建房屋，必然會(huì)大量使用“月壤磚”。
事實(shí)上，能否通過燒制、粘合等方式獲得大量合格的“月壤磚”，暫時(shí)仍是未知數(shù)，科研人員需要從多方面開展深入研究。
一方面，月壤相關(guān)研究不時(shí)出現(xiàn)新成果，也意味著，科研人員對(duì)月壤結(jié)構(gòu)成分乃至月球環(huán)境的認(rèn)知仍有待深化。而目前“月壤磚”樣品主要誕生于近地軌道空間站或地面模擬月球?qū)嶒?yàn)室，未來更多實(shí)驗(yàn)、試制工作有必要在月球表面開展。
另一方面，燒制“月壤磚”必須解決持續(xù)供能問題。粘合“月壤磚”需要通過反復(fù)嘗試確定復(fù)雜的配方成分，加上必不可少的“月壤磚”有效壽命檢測，同樣離不開長期月面實(shí)驗(yàn)。
成功制取合格的“月壤磚”后，怎樣確保其大量供應(yīng)月球基建工程呢？答案是發(fā)展月球建筑工廠。
但是，出于成本和技術(shù)難度考慮，最強(qiáng)大的運(yùn)載火箭也不可能一次性將完整的建筑工業(yè)體系和大量建筑物資投送到月球表面。換句話說，航天員、機(jī)器人和各種必要的物資、設(shè)備初期不得不通過多次發(fā)射任務(wù)前往月球，還要將一些科研生產(chǎn)成果送回地球，那么地月空間運(yùn)輸成本就成了不容忽視的問題。
未來，往返于地月空間的載人/貨運(yùn)火箭有必要借助重復(fù)使用設(shè)計(jì)、材料和結(jié)構(gòu)技術(shù)革新等，降低綜合成本，使包括月球基建在內(nèi)的探月任務(wù)與航天產(chǎn)業(yè)形成良性循環(huán)，成為負(fù)擔(dān)得起的可持續(xù)性活動(dòng)。
解決運(yùn)輸成本問題后，航天員、機(jī)器人和各種設(shè)備將批量抵達(dá)月球，興建工廠就此提上日程。這無疑是龐大的工程，涉及導(dǎo)航定位、完善通信、工廠選址勘探、精準(zhǔn)安裝機(jī)器、維持能源供應(yīng)、修筑月面道路等，由人工智能支持的各種機(jī)器人更有可能擔(dān)當(dāng)主力。
值得注意的是，為了減小地月空間運(yùn)輸負(fù)擔(dān)，至少早期在月球上使用的機(jī)器設(shè)備應(yīng)當(dāng)追求輕便實(shí)用。等到月球工業(yè)體系初具雛形后，生產(chǎn)能力更強(qiáng)的重型機(jī)器設(shè)備更有希望在月球上迎來“用武之地”。
在此過程中，月球表面能源供應(yīng)問題有可能會(huì)困擾科研人員和建設(shè)者。如果暫不考慮實(shí)用化仍相當(dāng)遙遠(yuǎn)的核聚變反應(yīng)堆，預(yù)計(jì)解決月表供能問題主要會(huì)通過兩種方式：小型核裂變反應(yīng)堆和太陽能。
小型核裂變反應(yīng)堆是近年來國際研究重點(diǎn)，具備功率大、儲(chǔ)能高、重量輕、體積小等優(yōu)勢，運(yùn)行基本上不依賴外部環(huán)境。借助人工智能技術(shù)，小型核裂變反應(yīng)堆有望在月球上自動(dòng)調(diào)試、監(jiān)測和排故，靈活地供電調(diào)峰，理論上可以在無人干預(yù)下至少運(yùn)行數(shù)年，克服散熱、熱電轉(zhuǎn)換效率、安全性等挑戰(zhàn)。
由于月球沒有大氣層，月晝期間光照條件出色。多國科研機(jī)構(gòu)和商業(yè)航天提出了建設(shè)新概念月面光電轉(zhuǎn)換裝置，通過大范圍匯集、聚焦陽光，開展高效的發(fā)電、加熱、材料燒結(jié)等工作，還設(shè)想利用月壤制作光伏板、反射鏡、特殊線纜等，降低能源供應(yīng)成本。
當(dāng)然，月球基建材料可以原位利用月壤中的哪些元素，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制??；需要怎樣巧妙調(diào)整建筑設(shè)計(jì)，確保適應(yīng)月球環(huán)境；月球蘊(yùn)藏的各種資源是否具備足夠大的開采價(jià)值，進(jìn)而使月球基建工作有利可圖、可持續(xù)發(fā)展……這些問題要通過更多月球科考、勘探任務(wù)逐步解答。
為了盡快解答這些問題，航天科研人員有必要大膽創(chuàng)新，廣泛借鑒更多行業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)成果，研制更高效的智能探測器，早日解開更多月球之謎，還要努力降低地月空間運(yùn)輸成本，提高探月任務(wù)的頻次和效益。
與此同時(shí)，國際社會(huì)應(yīng)該打破隔閡，合作籌建月球軌道空間實(shí)驗(yàn)室、月面科研站等，發(fā)揮各方之長，促使月球基建乃至地月空間資源開發(fā)收獲更大成果。
近日，中國工程院院士、中國探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁表示，正在研制的“嫦娥八號(hào)”有一個(gè)重大任務(wù)，就是研究如何在月球上蓋房子。他還透露，我國已研制出世界上第一臺(tái)“月壤打磚機(jī)器”。這些成果使大眾又一次對(duì)月球基建暢想煥發(fā)了熱情和憧憬。
那么，航天員和機(jī)器人想登上月球搞基建，需要解決哪些難題呢？半個(gè)多世紀(jì)以來積累的各國探月經(jīng)驗(yàn)表明，月球的巖土地質(zhì)條件與地球存在一定的相似之處，但在地球上搞基建的經(jīng)驗(yàn)顯然不能完全照搬到月球上。
有研究指出，月球地下熔巖管將是未來月球基地的理想選址，有望為航天員和設(shè)備提供必要的防護(hù)，抵御宇宙輻射和微流星體的威脅，甚至有可能保存著古老生命遺跡。
當(dāng)前，人類對(duì)月球地下熔巖管了解不多，有必要開展大規(guī)?？碧交顒?dòng)，比如出動(dòng)配備三維成像裝置和導(dǎo)航系統(tǒng)的機(jī)器人，詳細(xì)測繪其入口和內(nèi)部環(huán)境。接下來，航天員和機(jī)器人需要合理規(guī)劃利用、改造天然地形，適當(dāng)“挖洞”，還要選擇合適材料填補(bǔ)“縫隙”，完善空間利用率和增壓氣密性。
不過，地下基地更適合人類在月球生活的早期階段，而生理構(gòu)造和精神需求決定，人類始終向往生活在可見天日的建筑內(nèi)。這就要求在月表修建房屋，必然會(huì)大量使用“月壤磚”。
事實(shí)上，能否通過燒制、粘合等方式獲得大量合格的“月壤磚”，暫時(shí)仍是未知數(shù)，科研人員需要從多方面開展深入研究。
一方面，月壤相關(guān)研究不時(shí)出現(xiàn)新成果，也意味著，科研人員對(duì)月壤結(jié)構(gòu)成分乃至月球環(huán)境的認(rèn)知仍有待深化。而目前“月壤磚”樣品主要誕生于近地軌道空間站或地面模擬月球?qū)嶒?yàn)室，未來更多實(shí)驗(yàn)、試制工作有必要在月球表面開展。
另一方面，燒制“月壤磚”必須解決持續(xù)供能問題。粘合“月壤磚”需要通過反復(fù)嘗試確定復(fù)雜的配方成分，加上必不可少的“月壤磚”有效壽命檢測，同樣離不開長期月面實(shí)驗(yàn)。
成功制取合格的“月壤磚”后，怎樣確保其大量供應(yīng)月球基建工程呢？答案是發(fā)展月球建筑工廠。
但是，出于成本和技術(shù)難度考慮，最強(qiáng)大的運(yùn)載火箭也不可能一次性將完整的建筑工業(yè)體系和大量建筑物資投送到月球表面。換句話說，航天員、機(jī)器人和各種必要的物資、設(shè)備初期不得不通過多次發(fā)射任務(wù)前往月球，還要將一些科研生產(chǎn)成果送回地球，那么地月空間運(yùn)輸成本就成了不容忽視的問題。
未來，往返于地月空間的載人/貨運(yùn)火箭有必要借助重復(fù)使用設(shè)計(jì)、材料和結(jié)構(gòu)技術(shù)革新等，降低綜合成本，使包括月球基建在內(nèi)的探月任務(wù)與航天產(chǎn)業(yè)形成良性循環(huán)，成為負(fù)擔(dān)得起的可持續(xù)性活動(dòng)。
解決運(yùn)輸成本問題后，航天員、機(jī)器人和各種設(shè)備將批量抵達(dá)月球，興建工廠就此提上日程。這無疑是龐大的工程，涉及導(dǎo)航定位、完善通信、工廠選址勘探、精準(zhǔn)安裝機(jī)器、維持能源供應(yīng)、修筑月面道路等，由人工智能支持的各種機(jī)器人更有可能擔(dān)當(dāng)主力。
值得注意的是，為了減小地月空間運(yùn)輸負(fù)擔(dān)，至少早期在月球上使用的機(jī)器設(shè)備應(yīng)當(dāng)追求輕便實(shí)用。等到月球工業(yè)體系初具雛形后，生產(chǎn)能力更強(qiáng)的重型機(jī)器設(shè)備更有希望在月球上迎來“用武之地”。
在此過程中，月球表面能源供應(yīng)問題有可能會(huì)困擾科研人員和建設(shè)者。如果暫不考慮實(shí)用化仍相當(dāng)遙遠(yuǎn)的核聚變反應(yīng)堆，預(yù)計(jì)解決月表供能問題主要會(huì)通過兩種方式：小型核裂變反應(yīng)堆和太陽能。
小型核裂變反應(yīng)堆是近年來國際研究重點(diǎn)，具備功率大、儲(chǔ)能高、重量輕、體積小等優(yōu)勢，運(yùn)行基本上不依賴外部環(huán)境。借助人工智能技術(shù)，小型核裂變反應(yīng)堆有望在月球上自動(dòng)調(diào)試、監(jiān)測和排故，靈活地供電調(diào)峰，理論上可以在無人干預(yù)下至少運(yùn)行數(shù)年，克服散熱、熱電轉(zhuǎn)換效率、安全性等挑戰(zhàn)。
由于月球沒有大氣層，月晝期間光照條件出色。多國科研機(jī)構(gòu)和商業(yè)航天提出了建設(shè)新概念月面光電轉(zhuǎn)換裝置，通過大范圍匯集、聚焦陽光，開展高效的發(fā)電、加熱、材料燒結(jié)等工作，還設(shè)想利用月壤制作光伏板、反射鏡、特殊線纜等，降低能源供應(yīng)成本。
當(dāng)然，月球基建材料可以原位利用月壤中的哪些元素，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制取；需要怎樣巧妙調(diào)整建筑設(shè)計(jì)，確保適應(yīng)月球環(huán)境；月球蘊(yùn)藏的各種資源是否具備足夠大的開采價(jià)值，進(jìn)而使月球基建工作有利可圖、可持續(xù)發(fā)展……這些問題要通過更多月球科考、勘探任務(wù)逐步解答。
為了盡快解答這些問題，航天科研人員有必要大膽創(chuàng)新，廣泛借鑒更多行業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)成果，研制更高效的智能探測器，早日解開更多月球之謎，還要努力降低地月空間運(yùn)輸成本，提高探月任務(wù)的頻次和效益。
與此同時(shí)，國際社會(huì)應(yīng)該打破隔閡，合作籌建月球軌道空間實(shí)驗(yàn)室、月面科研站等，發(fā)揮各方之長，促使月球基建乃至地月空間資源開發(fā)收獲更大成果。
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