近日，中國工程院院士、中國探月工程總設計師吳偉仁表示，正在研制的“嫦娥八號”有一個重大任務，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“月壤打磚機器”。這些成果使大眾又一次對月球基建暢想煥發了熱情和憧憬。

那么，航天員和機器人想登上月球搞基建，需要解決哪些難題呢？半個多世紀以來積累的各國探月經驗表明，月球的巖土地質條件與地球存在一定的相似之處，但在地球上搞基建的經驗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，有望為航天員和設備提供必要的防護，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。

當前，人類對月球地下熔巖管了解不多，有必要開展大規模勘探活動，比如出動配備三維成像裝置和導航系統的機器人，詳細測繪其入口和內部環境。接下來，航天員和機器人需要合理規劃利用、改造天然地形，適當“挖洞”，還要選擇合適材料填補“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。這就要求在月表修建房屋，必然會大量使用“月壤磚”。

“月壤磚”正在進行中國空間站艙外暴露試驗

事實上，能否通過燒制、粘合等方式獲得大量合格的“月壤磚”，暫時仍是未知數，科研人員需要從多方面開展深入研究。

一方面，月壤相關研究不時出現新成果，也意味著，科研人員對月壤結構成分乃至月球環境的認知仍有待深化。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實驗室，未來更多實驗、試制工作有必要在月球表面開展。

另一方面，燒制“月壤磚”必須解決持續供能問題。粘合“月壤磚”需要通過反復嘗試確定復雜的配方成分，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驗。

成功制取合格的“月壤磚”后，怎樣確保其大量供應月球基建工程呢？答案是發展月球建筑工廠。

但是，出于成本和技術難度考慮，最強大的運載火箭也不可能一次性將完整的建筑工業體系和大量建筑物資投送到月球表面。換句話說，航天員、機器人和各種必要的物資、設備初期不得不通過多次發射任務前往月球，還要將一些科研生產成果送回地球，那么地月空間運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/貨運火箭有必要借助重復使用設計、材料和結構技術革新等，降低綜合成本，使包括月球基建在內的探月任務與航天產業形成良性循環，成為負擔得起的可持續性活動。

解決運輸成本問題后，航天員、機器人和各種設備將批量抵達月球，興建工廠就此提上日程。這無疑是龐大的工程，涉及導航定位、完善通信、工廠選址勘探、精準安裝機器、維持能源供應、修筑月面道路等，由人工智能支持的各種機器人更有可能擔當主力。

機器人就地取材建設月球基地想象圖

值得注意的是，為了減小地月空間運輸負擔，至少早期在月球上使用的機器設備應當追求輕便實用。等到月球工業體系初具雛形后，生產能力更強的重型機器設備更有希望在月球上迎來“用武之地”。

在此過程中，月球表面能源供應問題有可能會困擾科研人員和建設者。如果暫不考慮實用化仍相當遙遠的核聚變反應堆，預計解決月表供能問題主要會通過兩種方式：小型核裂變反應堆和太陽能。

小型核裂變反應堆是近年來國際研究重點，具備功率大、儲能高、重量輕、體積小等優勢，運行基本上不依賴外部環境。借助人工智能技術，小型核裂變反應堆有望在月球上自動調試、監測和排故，靈活地供電調峰，理論上可以在無人干預下至少運行數年，克服散熱、熱電轉換效率、安全性等挑戰。

由于月球沒有大氣層，月晝期間光照條件出色。多國科研機構和商業航天提出了建設新概念月面光電轉換裝置，通過大范圍匯集、聚焦陽光，開展高效的發電、加熱、材料燒結等工作，還設想利用月壤制作光伏板、反射鏡、特殊線纜等，降低能源供應成本。

當然，月球基建材料可以原位利用月壤中的哪些元素，實現大規模制取；需要怎樣巧妙調整建筑設計，確保適應月球環境；月球蘊藏的各種資源是否具備足夠大的開采價值，進而使月球基建工作有利可圖、可持續發展……這些問題要通過更多月球科考、勘探任務逐步解答。

為了盡快解答這些問題，航天科研人員有必要大膽創新，廣泛借鑒更多行業領域的技術成果，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輸成本，提高探月任務的頻次和效益。

與此同時，國際社會應該打破隔閡，合作籌建月球軌道空間實驗室、月面科研站等，發揮各方之長，促使月球基建乃至地月空間資源開發收獲更大成果。

來源/《中國航天報·飛天科普周刊》

文/常飛

編輯/高辰

審核/楊建 楊蕾

監制/索阿娣

本轉載自公眾微信號：中國航天報

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