当地时间9月3日,美国国家航空航天局(NASA)宣布再次推迟新一代登月火箭“太空发射系统”的发射。有分析人士指出,美国的探月计划目前面临多种困难。不过,未来人类的探月热情预计将更加高涨。
1969年7月21日,美国宇航员阿姆斯特朗在月球留下第一个人类脚印。如今50多年过去了,人类却没有重返月球。原因自然不是阴谋论,而是当时美国人没想好下一步要做什么。
那次登月消耗了美国GDP的0.57%,如果在2021年,就是1300亿美元,人们当然要考虑花这么多钱会得到什么。显然,NASA没能在这个问题上说服他们的国会。科学家们甚至绕过月球,天天炒作移民火星。可人类在月球都没留下一砖一瓦,何况遥远的火星。
那么,月球上有什么值得人类投入巨大成本?能源是第一个理由。月面上没有尘埃和水气的消减,光电转换效率极高。月球每年接受的太阳能相当于人类年耗能的2.5万倍。月面上还存在“永昼区”,由于自转和公转之间的关系,阳光永远照射在月球极区的个别地方,在那里,太阳能发电可以全天候进行。
月球基地和飞船着陆假想图(视觉中国供图)
这还是以现有技术马上就能利用的能源,氦-3更是未来能源。它在发生热核反应时不产生中子,被视为最好的可控核聚变推进剂。氦-3在地球上十分稀少,人类到目前为止只制取到0.5吨。而月面就是氦-3的巨矿,科学界对其储量的估计从100万吨到数百万吨不等。全球每年的能源消耗,也不过相当于数吨氦-3而已。
想建月球基地?月球本身就有建设材料,可以就地取材,那就是月壤。月壤是月岩经过亿万年碎裂后形成的粉尘,或者小天体撞击后的溅射物。月壤在月面上几乎到处都有,厚度从几厘米到几米不等。
1969年,没有任何设备能利用月壤。然而今天已经有了,那就是3D打印机。月壤是优质的3D打印原料,而现在的3D打印技术已经能在地面上建造小型房屋。所以,人类建设月球基地的第一步,不是航天员带着沉重的建材到那里组装,而是向月面发射大型3D打印机,通过遥控预制出人类居住和工作的空间,再派航天员长期值守。
月面几乎是真空的,航天员在那里要承受高能宇宙射线辐射,而月壤本身就可以提供保护。所以,人类基地不会像《独行月球》那样建在月球表面,而是选择月壤较厚的地方往下挖,让顶上的月壤成为屏蔽层。
月面昼夜分明,忽冷忽热,而月壤导热系数很低,1米以下就是恒温层,温度长期保持在-20℃左右,相当于地球上的冷库,但只要有保温装置就能承受。月岩导热性能是月壤的1000倍,很容易被晒热,也容易释放热量。如果在基地上方铺设形状规则的月岩板,白天让太阳把它加热到100℃以上,再用机械装置降入地下,释放热量,就能形成一套能源系统。
月壤里面有二氧化硅和氧化铝,含量均达到普通建设陶瓷的要求,可以用微波烧结法加工成块,又可以制造玻璃纤维,这些过程都不需要消耗宝贵的水。玻璃纤维也是3D打印的原料,未来在月球上,可能有很多工作和生活用品,甚至建材本身都要使用玻璃纤维。
月壤里面还有大量的氧化物,美国有公司曾用集热光纤进行实验,可以提取其中9.6%的氧气。甚至,月壤和月岩里都有“结合水”,稍经加热就能释放出来。什么?这些工程都需要电?前面已经说过,月球电力供应会十分充足。
甚至,金属材料都不需要由地球提供。月球自形成后被无数小行星撞击过,这其中也有金属质小行星。撞击发生后,这些金属就埋在撞击点之下。月球没有地质运动,即使过几亿年甚至几十亿年,它们都会留在原地。如果仔细勘察环形山,便能从下面找到金属,通过简单的融熔就可以使用。
以前人类不敢大手笔开发月球,一个重要原因就是各种补给都要从地球上输送。现在看来,只需要投入能遥控的各种小型设备,就能从月面获得能源、水、氧和建筑材料。
这种工程叫作“原位开发”,目标是用当地资源替代地面补给,就地生根,而不是把月球资源送回地球。是的,除了氦-3,科学家只在月球样本中发现过5种地球上没有的物质,并且价值都不高。开发月球的目标是在地球之外建立基地,而不是要把大量产品运回地球。
如果这样更换思路,你就会发现,月面确实大有可为。
(作者系中国作协科幻文学委员会委员、科幻作家、中国未来研究会常务理事)