【科普中國軍事科技】從《流浪地球2》的月球基地講起——如何在地外天體上建造永久基地？

在《流浪地球2》中，人類在月球上建立了基地，并建造了三臺巨型發(fā)動機來將月球推走。這一電影中的龐大計劃并不只是單純的幻想，其與人類已經(jīng)研究數(shù)十年之久的一個實際問題密切相關(guān)：如何在地外天體上建立一個永久性的居住設(shè)施。

圖注：《流浪地球2》中人類提出了“逐月計劃”

截至目前為止，人類只登上過月球這一個地外天體，而我們還尚未在任何一個地外天體上建造永久性的居住設(shè)施。但根據(jù)科學(xué)家的討論和驗證，目前來看，在月球或者其他地外天體上建立永久居住地是完全可以實現(xiàn)的目標。

1、地外設(shè)施建造該如何選址，又該如何建造？

地外設(shè)施的位置選擇是整個計劃開始的核心。以月球為例，設(shè)施的建造者們需要考慮這里是否能抵御危險的輻射和隕石撞擊，同時是否能方便的獲得生存所需的物資。

總的來說，在月球建造設(shè)施可以分為兩大類，一類是地表建筑，一類是地下建筑。前者更加簡單，可以由簡單的充氣加壓艙組成，更復(fù)雜的地表殖民地可能需要在月球利用當(dāng)?shù)刭Y源生產(chǎn)一些建筑材料。但由于月球沒有大氣層，也沒有強大的磁場，月球表面將時刻面對高劑量的宇宙輻射，這些輻射對于居住在月球表面的居住者來說是有害的，這會增加居住者患上癌癥的風(fēng)險，也有可能會導(dǎo)致電子設(shè)備在輻射中失靈。在《流浪地球2》中，就出現(xiàn)了太陽風(fēng)暴導(dǎo)致月球基地的量子計算機系統(tǒng)損壞的劇情。

地表建筑可以通過防彈材料和自我修復(fù)模塊來應(yīng)對隕石撞擊，也可以使用人工磁場和防輻射結(jié)構(gòu)層來抵御輻射?；蛘撸覀円部梢圆扇×硗庖粋€方案，在地下建造建筑。

月球表面有許多熔巖管，我們或許可以借助這些熔巖管的堅固結(jié)構(gòu)來建造地下殖民地，通過月壤和月巖阻擋隕石和輻射，同時還能更有效地控制氣密性和溫度。不過，在地下建造設(shè)施也意味著更高的技術(shù)難度。

圖注：藝術(shù)家描繪的月球殖民景象

2、生命維持、能量和運輸該如何解決？

人類是一種精細而復(fù)雜的生物，為了滿足人類的生命需求，我們需要在地外居住設(shè)施上建立一套盡可能自給自足的生命維持和生產(chǎn)系統(tǒng)。

現(xiàn)代空間站上就有空氣循環(huán)和水循環(huán)系統(tǒng)，但這些循環(huán)系統(tǒng)不能完全滿足需求，居住者們必須在月球?qū)ひ捤脱鯕庾鳛檠h(huán)系統(tǒng)的補充。

幸運的是，月球的兩極有大量的水冰，火星上也有一些水冰資源。水除了用于人員飲用之外，也可以用于電解水生產(chǎn)氧氣。此外，雖然月球和火星都沒有可以提取大量氧氣的大氣層，但是我們可以從礦物中提取氧元素。在小說《月球城市》中，位于月球表面的城市阿爾忒彌斯有一座電解鋁廠，這座電解鋁廠除了為月球城市提供金屬鋁材料外，還從氧化鋁中提取了大量的氧氣以供城市使用。

現(xiàn)代生活需要電力支撐，即便居住在月球也是如此。月球的居民同樣需要電力供應(yīng)，但是他們顯然沒有煤炭和石油。在月球表面獲取能量的方式有很多，比較簡單的就是在月球表面鋪設(shè)太陽能板。不過，這樣的電力供應(yīng)并不穩(wěn)定，像是地球一樣，這些太陽能板并不能時刻處于陽光照射之下。在月球上采用太陽能供應(yīng)還需要考慮建設(shè)位置，一些特殊的山峰上幾乎處于永晝狀態(tài)——這些山峰被稱為永晝峰，在這里建設(shè)太陽能板的能量收益更大。

如果不使用太陽能板，核電是非常合理的選擇。現(xiàn)代人類已經(jīng)研發(fā)出了能夠在太空運行的小型核裂變反應(yīng)堆。如果計劃需要，在月球表面建造一座正式的大型裂變反應(yīng)堆也不是非常困難的事情。我們可以利用月球材料建造反應(yīng)堆的大部分結(jié)構(gòu)，只需要從地球上運輸核燃料棒即可。

圖注：美國斯普納10A型太空核電站在地面測試

毫無疑問的是，即便我們會試圖讓月球基地盡量自給自足，但是地月之間的物資運輸仍然是必要的。月球的入軌速度相較地球要低得多，在月球上發(fā)射運載火箭也會更加輕松。不過，在月球上制造火箭燃料非常困難，雖然我們可以在月球上制造液氫和液氧，但是儲存這些液體燃料本身就非常復(fù)雜和困難。

另一個方案是在月球建設(shè)質(zhì)量加速器，這是一種利用電磁力發(fā)射物體的裝置。大部分貨物都可以通過質(zhì)量投射器發(fā)射，不過人類和一些精密設(shè)備無法承受質(zhì)量加速器所產(chǎn)生的高加速度。

圖注：建立在月球上的質(zhì)量投射器的想象圖

總的來說，在月球和其他天體上建設(shè)永久基地并非遙不可及，甚至正在實現(xiàn)，人類文明正在通過技術(shù)的進步不斷的走向那個未來。

作者簡介：付文鶴，科幻工作者，中國科普作家協(xié)會會員，主要從事科幻、科普相關(guān)工作，長期研究國內(nèi)外航天科技發(fā)展，曾獲2018、2019科普中國軍事科技前沿年度優(yōu)秀作者稱號

出品：科普中國

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作者：付文鶴

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