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【原】人类登月已50年!现在要如何建造月球基地?关键是月球太危险了

来源:用户 博科园 收藏 编辑:王阿强

在人类首次登上月球半个世纪后,一些私人公司和国家正计划在月球表面建立永久性基地。尽管自阿波罗时代以来技术不断进步,但依然将极具挑战性,那么应该如何开始呢?月球表面条件是极端的,月球有28天的自转周期,导致在大多数纬度地区,连续两周的阳光和两周的黑暗。由于月球没有任何大气层来散发太阳的热量,白天的温度可以上升到130摄氏度。同时,夜间最冷的温度记录为-247℃,缺乏保护大气也意味着对有害的宇宙辐射几乎没有保护。

这意味着月球上的居民将不得不建造墙厚到足以阻挡辐射的建筑物,并在离开该设施时使用笨重的宇航服。墙壁还必须足够坚固,能够承受内部和外部的压力差,并能应对微陨石的冲击——微小的岩石和尘埃以高速撞击表面。这些考虑意味着,当扩大第一个基地并开始在月球上实际建造建筑物时,月球混凝土将是一个很好的选择,颗粒或碎石普通混凝土、水泥和水。这是因为它无孔,坚固,不需要水,而月球上的水供应不足。

另一个问题是月球的重力很低——只有地球的六分之一。随着时间的推移,这可能会导致肌肉和骨质流失等问题。任何永久的月球定居都必须将这些风险降到最低,例如将锻炼作为一项要求。虽然目前还没有几家航天机构公布他们计划的任何细节,但我们吃西瓜群众可能认为,月球上的第一个基地必须预先建造好,然后从地球运到月球上,这样就可以马上投入使用。任何这样的基地都必须可靠地保持可呼吸的空气,这意味着必须提供氧气和二氧化碳。

国际空间站(ISS)利用电解将水分解成氧气和氢气,并将捕捉到的二氧化碳排放到太空中。任何基地的基本组成部分都是电源,国际空间站通常在满员时能支持六名宇航员,从维持生命、为科学设备供电到水循环利用,需要75千瓦到90千瓦的电力。根据月球殖民者的数量和所执行的任务,这种能量需求可以被认为是必须的。一个选择是使用太阳能电池板,但是,如果基地位于赤道地区,那么太阳能电池板只能连续发电14天,然后是两周的黑暗。

因此,殖民者必须将电力储存在电池中,并在黑暗时期使用。然而,如果基地设在北极或南极,太阳能电池板就会接收到持续的阳光。核反应堆是比太阳能更可靠的选择。近年来,人们对小型裂变反应堆产生了浓厚的兴趣。问题是,即使是小型反应堆也可能重达数吨,考虑到需要从地球运输,这也是一个问题。还有一个风险是,制造的核材料最终会扩散到一个目前还处于原始状态的地方。另一种可能性是放射性同位素热发生器,通过从放射性物质和较冷的外部环境之间的温差产生电流来产生能量。

在地球上,由于室温相当温暖,这些方法并不十分有效,但在月球的阴影区域,温度会变得非常低。这些设备经常被用作深空探测器的电源,因为深空探测器距离太阳太远,无法利用太阳能。但是对于月球的殖民来说,需要非常大的数量,因为在将热能转化为电能方面效率不高。每个潜在的电源都有其优点和缺点,但如果能把它们放在正确的位置,太阳能电池板是最好的选择。

食物和水

显然,月球基地的居民必须以植物为主的饮食来生存,肉类和其他食品将不得不由供应船提供,因为农业需要一个大规模的基础设施来实现。然而,在月球土壤中种植植物在理论上是可能的——计算机模型显示番茄和小麦可以发芽。这些植物需要大量空间来提供足够的食物——基地必须足够大来容纳这些食物。虽然月球土壤中有许多作物所需的营养物质,但缺少对植物生长至关重要的氮仍然是一项重大挑战,铝和铬等金属含量也很高,对植物有毒。

可以用一种叫做水培法的技术来解决这些问题——在水中而不是土壤中种植植物,用LED灯提供人工阳光。例如,这可以在一个内部没有窗户的房间中执行。水培法的缺点是需要大量水,利用现有技术,水可以很容易地从水槽和淋浴间的径流、汗水和尿液中回收,尽管不可避免地会有一些流失,需要补充。幸运的是,从月球上提取少量的水冰是可能的——尤其是在两极。未来月球殖民地的最后一个主要考虑因素是健康和安全。

勘探的潜在危险有充分的记录,很难在无法到达的地方(比如南极洲)治愈病人,那里的医疗支持非常有限,甚至是不存在。这意味着月球基地必须在医疗上自给自足,需要更多的重量以医疗设备和训练有素的人员送往月球。最终,拥有了使月球基地可行的技术,但再多的创新也无法完全消除其中的风险。这样一个基数能否继续下去,将更多地取决于这一计算结果。问题是,作为一个社会,我们是否有胃口在月球定居,以及月球种的菜。

博科园|文:Ian Whittaker,Gareth Dorrian/The Conversation

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