月球地下的熔岩管道可以用作建造基地嘛(5篇)

1975年，在阿波罗最后一次登月的第三年，《太空:1999》首次在英国电视上播出。这部电视连续剧描述了摧毁月球的核爆炸。一个由300多人组成的国际月球殖民者离开了月球轨道，开始了未知的太空探索之旅。

当时年轻的埃隆·马斯克给这部电视剧留下了深刻的印象。2017年8月，马斯克透露了他们在月球上建造人类基地的计划，并以电视剧《太空:1999》中的太空月球基地命名为“月球基地阿尔法”。马斯克在推特上说，这部电视剧没有给观众带来轰动，但他个人非常喜欢。

据报道，SpaceX不是唯一一家制定人类登月计划的公司。中国国家航天局(CNSA)宣布嫦娥四号月球探测任务的新阶段圆满完成，此前嫦娥四号成为第一个软着陆在月球背面的航天器。

在全球范围内，人类登上月球50年后，建造月球基地的可行性逐渐形成。具有讽刺意味的是，尽管只有美国在月球上留下了足迹，但美国人现在必须加倍努力赶上来。美国直到2018年8月才宣布建造永久月球基地的计划。在此之前，美国宇航局一直关注火星，相比之下，欧洲航天局已经向前迈出了一步。

月亮村

欧洲航天局宣布了建造永久月球基地的计划。在新主任简·沃纳的倡议下，“月球村”的概念将包括各种团体，包括科学家、艺术家、公共组织和私人组织。月球村可用于天文研究、旅游或地球上紧缺矿产的地质勘探。

与此同时，麻省理工学院媒体实验室空间探索项目的创始人阿里尔·埃克布劳也希望“太空民主化”。为此，他召集了一个多学科研究团队，在机器人、合成神经生物学、建筑、艺术、空间和设计方面拥有技术实力。

不是每个人都这样认为，但是欧洲航天局的科学顾问艾登·考利同意沃纳的观点，因为他是在欧洲航天局总部研究月球技术的第一批专家之一。他说:“起初每个人都看着我，好像我有两个脑袋，所以对我来说，看到人们越来越关注月球，我感到非常满足，这也证实了人们对月球探索重要性的认识。”

美国宇航局计划在2030年前将宇航员送上月球表面，并计划在月球轨道上建造一个名为“网关”的月球轨道平台。目前，商业公司也在准备登陆月球以启动探索项目。例如，“蓝色起源”号正在与OHB和MT航空航天公司建立合作关系，并计划发射一艘“蓝色月球”号宇宙货船在月球表面着陆。然而，无论哪个组织首先到达月球表面，首要任务是生存。迄今为止，人类在月球表面最长的寿命只有3天。如果人类计划停留更长时间，月球不是最受欢迎的目的地。

月球目的地

月球表面温度在零下127摄氏度到零下173摄氏度之间。有一定程度的辐射，并且处于低重力状态。它的重力只有地球的六分之一。一个阴历日相当于大约29个地球日，这意味着探测器登陆月球将经历29天，然后是29夜。太阳能充电可能会成为一个问题。因此，月球前哨站的任何新技术都必须适应这些条件。

德国航天专家皮埃尔·亚历克西斯·朱梅尔说，太空竞赛将持续五年，因为月球竞赛的目标是将最好的团队理念带到月球表面。在这些努力的基础上，包括“蓝色起源”、空中客车空间防御和空间公司和欧洲航天局在内的几个机构最近成立了一个名为“月球竞赛”的非营利组织。其目的是鼓励企业开发制造、能源生产、水资源开发(用月球水填充瓶子)和生物制造(维护第一个月球温室)方面的技术，并将在2019年10月的国际宇航大会上正式启动。

朱梅尔是空中客车公司的太空工程师，也是“月球竞赛”的创始人之一。他指出，我们将在今年3月发布相关的指导方针和规则。竞赛将持续五年，因为月球竞赛的目标是将最佳团队概念应用于月球表面的开发。

“月球竞赛”技术的原型是在月球条件下测试的，并建立在月球任务的基础上。朱梅尔说，这项太空任务主要是通过许多太空机构的合作来完成的。我们最初计划在2024-2025年实现这一目标。

建造月球家园

尽管早期月球基地的概念充满了艺术想象，但它将受到实际条件的限制。毕竟，去月球旅行的费用非常昂贵。空间负荷越重，它需要的燃料越多，相应的成本也越高。利用现有的月球资源来建造一个生存空间是有意义的。利用月球早期火山活动期间形成的熔岩管和隧道作为避难所来获取月球表面下的冷冻水资源是可能的。但是一个更直接的计划是用月球风化层建造一个栖息地，这是一种类似于地球火山沙的黑色玄武岩细沙。

科隆大学的马蒂亚斯·斯佩尔教授与德国航天中心合作，用火山粉末制造砖块。月球风化层模拟器是通过一个叫做烘烤的过程制造的，在这个过程中，阳光或激光被聚焦，将相关的材料结合在一起。他用3D打印机制作不同形状的砖块，并观察哪种是最好的。斯佩尔说:“我们可以利用当前的技术和建筑形状来构建建筑元素。我们不是在玩高积木，而是在做积木。”

这些砖块将建造一个类似冰屋的建筑结构，这样它就能抵抗来自顶部的额外压力。斯佩尔说:“冰顶上的压力来自一层大约1米厚的松散的风化层，因为月亮没有风吹走这些风化层，但同时它们可以作为一个自然辐射保护层。你需要带一个1平方米或更大的镜头来捕捉太阳光线，以实现月球尘埃的三维烧结和打印。然后你需要一名宇航员，或者一个机器人，将这些碎片拼凑在一起，最终形成一个人类聚居地，月球浮土中的氧气可以被提取出来供人类呼吸。”

斯佩尔说:“但在月球上建造人类定居点将是一个缓慢的过程。建造一座砖房需要大约5个小时，建造一座冰屋需要10，000块砖。这需要几个月的时间。”

如果更多的镜头投入使用，机器人被用来在月球上建造人类居住区，相应的建设时间可以缩短，但这是一个可行的计划。月壤可以用来建造像混凝土一样坚固的建筑。目前的技术只能提供混凝土强度的五分之一，相当于石膏的强度。因此，需要进一步的开发和设计来实现最终的理想强度。下一步是评估。幸运的是，欧洲航天局大规模月球设施的建设将于今年晚些时候开始。该设施可以为未来人类在月球上的生活提供技术和生活条件。

如何生存

随着科学家在月球两极发现水冰的证据，并最终在2018年8月得到美国宇航局的证实，这意味着任何月球基地都可以建在月球两极。月球风化层中的氧气也可以被提取出来用于人体呼吸。最有可能的来源是钛铁矿。当钛铁矿在大约1000摄氏度与氢气结合时，将产生水蒸气，然后水蒸气分离处理可以产生氢气和氧气。

首先，宇航员需要食物和饮料。嫦娥四号在月球上发芽，这让研究人员很兴奋。事实上，在太空中生产可持续食物并不是一个新想法。这个想法起源于1982年，当时苏联宇航员在“礼炮7号”空间站种植了拟南芥。

2010年，亚利桑那大学开发了一个“月球温室”的原型——一个水培系统，它使用一个5.5米长的薄膜覆盖管、一个水冷钠蒸汽灯和一个“外套”来储存种子，这有助于宇航员呼出二氧化碳和排泄尿液来提供水分，而光缆则提供阳光。

活力

新能源技术是人类在月球上生活的关键。地球上的燃料电池需要氢和氧(通常来自空气)之间的化学反应来发电，而水是副产品。尽管月球没有大气层，但一些大气成分仍然存在。

负责开发这些最新技术的考利说:“你可以分解月球上的水资源，并在晚上将它们重新组合起来发电。我们白天有大量的太阳能，其余的用来分离水，形成氢和氧，所以这是我们在月球上维持长期探索任务的一个独特工具。”

使用类似热泵的过程来储存热量有很大的潜力。考利说:“月球上没有对流层，因为没有风，所以来自太阳的热量停留在风化层。我们可以使用透镜或镜子将阳光聚焦在地面上，并利用这些资源来维持人类生活基地的温度或发电。”一旦这些技术得到完善和测试，并确保在月球条件下工作，宇航员将能够建造一个月球基地，这将比你想象的要快。

自从美国阿波罗登月计划完成之后，经过 20 多年的沉寂，人们又在热烈谈论开发月球的事情了，很多科学家还提出建立月球基地的建议。1989 年 7 月美国总统布什还曾宣布要把月球作为人类飞往火星的基地，并打算于 2005 年正式破土动工。看来，在未来几十年内，开发月球，建立月球基地是势在必行和一定要做的事了。空间技术的迅速发展，导致人类外空活动的日益扩大，已经把建造大型航天站、太阳能电站、太空工厂和空间居民点的任务放到了科学家的面前。但是，要实现这些目标，需要大批原材料，如果从地球向宇宙空间运送，费用非常昂贵，终非长久之计。因此，寻找地球外的材料来源，例如从月球和小行星获取材料，以及降低它们的运输费用，就成为发展空间工业生产，建造航天站和太空居民点的关键。

远在阿波罗飞船登月的历次航行中，航天员曾从月球带回许多月球岩石样品和尘土。经过分析表明，它们主要由百分之四十的氧，百分之三十的硅和百分之二十到三十的各种金属元素如铝、钛、锰、铁等组成。金属元素经加工后的基本构件可用于制造各大型航天站；硅是玻璃、陶瓷与半导体的基本材料，可用于制造光学和电子元件；氧则供给居民需要。因此，月球确实是地球之外的资源宝库与材料来源。月球的低重力环境又为便宜运送月球材料到空间提供了保证。月球上的重力，仅仅是地球重力的六分之一。把材料运往空间所需的脱离速度很小，只有每秒 2.31 公里。再加上月球上无空气，不存在空气阻力，所以从月球射离物体比在地球射离容易许多。这就是科学家们提出开发月球，建立月球基地的主要需求背景。

人类要开发月球并从它获取丰富的资源，还得先建造月球基地；作为先导，很可能不是直接建造为开发资源的月球基地，而是建造月球宇航基地，用以向宇宙空间射离物体以及为人类飞往火星作准备。建设这些基地的材料何处来？如果是从地球运来，其代价是非常高的。

科学家提出，在月球上建造一个宇航循环基地需 1000 吨水泥，330 吨水和 3600 吨钢筋，若将这些材料从地面运往月球，每吨需耗资 5000 万美元，显然太昂贵了。材料学家对月球岩样进行分析和试验后认为，只要把氢带上月球就可把月球上的岩石变为最理想的建筑材料。月球表面钛铁含量极为丰富，这些矿物被加热 800℃后与氢结合会产生铁、钛、氧气和蒸汽。在此过程中产生人类生存所必需的水和氧气。月球岩石可精炼成轻型和坚固的水泥，剩下的铁矿可用来冶炼钢筋。这种月球岩石同其他小行星的组成物质相似，已经在茫茫宇宙中存在了许多亿年，不但能抵挡太阳射线对其粒子的辐射，还能经受极大的温差考验。材料科学家利用航天员带回地面的月球岩石样品制成了一块目前世界上无法同它相比的最强硬、最坚固、最富弹性的混凝土。这种混凝土是唯一能在气候异常的月球屹立的建筑材料。在月球上生产每千克这种品质的混凝土只需氢 3 克，而且只要具有总重量约 200 吨的机械钻探设备就可投入月球物质的挖掘。化学科学家设计了许多从月球岩土中提取纯净元素的方案，包括利用太阳能加热月球物质的物质分离法以及利用氢氟酸之类的试剂从氧化物中取得氧、硅和金属的化学分离法，每个加工厂设计成能循环使用试剂和废料的齐全生产单位。一个只有 1 吨重的小小的试验性化工厂，每年可将十几吨月球物质加工成氧、金属和玻璃。因此，科学家认为，建设月球基地的基本材料不必从地球运去，可以就地取材。待月球基地建成后，可以大规模开发月球，建造月球工厂，并把大批材料通过宇航基地射离月球，输往地球轨道和太阳系空间，用以建造各种大规模航天站，并为太空工业提供原料，为太空居民城镇建设供应建材。

月球上的尘土确实非常有用，用它还可烧制房屋的砖、瓦和管道；利用尘土覆盖航天员居住点和月球实验室，可使他们免受宇宙射线、太阳耀斑的侵害，近 2 米厚的月球尘土可使航天员获得与地球相同的对宇宙射线的防护机制。开发月球，建设月球基地不仅是可能的，而且是人类在地球外开拓疆域必然要做的一项工作。

开发月球还能使它成为人类未来从事科学研究的前哨阵地。在那里，科学家不仅能够直接研究月球的种种特性及其演化过程，而且也可能是唯一揭开地球早期历史奥秘的地方。例如，研究它的矿物构造过程，可以和地球比较。利用月球无空气、低重力、自转速度慢和环境幽静的特点，有可能在物理学、化学、生物学和其他科学方面进行唯一性实验；在月球上进行天文学与天体物理的研究比在地球上更具优越性。对人类社会来说，开发月球会使它显得日益重要起来。

科学家认为月球表面下有一个巨大的熔岩管道系统，可供人类使用。

科学家认为月球表面下有一个巨大的地下网络通道。这种火山结构被称为“熔岩管”，被提议作为人类在月球上的居住地。目前，最新研究表明，月球上1公里宽的熔岩管道结构非常稳定，可以作为地下永久基地。

研究人员相信月球上的熔岩管将有助于保护未来的宇航员免受月球恶劣环境的挑战。与地球不同，月球有稀薄的大气层，没有由地球厚厚的大气层形成的保护层。月球上稀薄的大气层意味着太阳辐射将直接影响表面上的任何物体。同时，这也意味着地球遭受更频繁的陨石撞击，陨石撞击地点将经历高温条件。

熔岩管也常见于地球上，在火山爆发边缘的岩浆冷却过程中，在熔岩周围形成坚硬的外壳。当火山喷流逐渐冷却时，坚硬的火山管道变空，形成一个巨大的隧道结构。同样的过程也发生在月球上，尤其是在大型碰撞坑中，在那里需要几十万年才能逐渐冷却下来。然而，到目前为止，还没有人在月球上发现这样的例子。

唯一的迹象是在月球轨道飞行器拍摄的照片中发现的。天窗结构可能是一个巨大地下通道的入口。美国普渡大学的研究人员通过计算机模拟测量了不同宽度、顶部形状和顶部厚度的熔岩管的稳定性。他们指出，这是现代技术第一次重新评估月球上熔岩管的稳定性和安全性。宽度超过1公里的熔岩管非常稳定。据报道，一些月球熔岩管甚至可以达到5公里宽。

美国亚利桑那大学的罗伯特·瓦格纳说:“最理想的事情是在这些坑里放置几个探测器，来探测和分析它们的内部环境。从轨道角度观察月球的地下通道非常困难，甚至一些月球表面的照片也很难解释这些地下通道是如何形成的。”目前，该研究报告的细节已在美国德克萨斯州举行的第46届月球和行星科学研讨会上发表。

最近，据外国媒体报道，来自许多国家的一个研究小组与欧洲航天局(欧空局)合作，验证尿素作为增塑剂的潜力，并为未来人类建造月球基地做准备。

美国宇航局、欧空局和中国航天局计划在未来几十年建立月球基地。但是月球殖民化带来了诸如高辐射、极端温度、陨石撞击和后勤支持等问题:在那里获得建筑材料，尽管这可能不是必要的。

据报道，从地球到太空运输大约0.45公斤的成本大约是10，000美元，这意味着以这种方式建造一个完整的登月舱将是非常昂贵的。因此，太空机构正在考虑使用月球表面的原材料，甚至宇航员自己可以提供的材料，比如他们的尿液，来建造月球基地。

挪威、西班牙、荷兰和意大利的科学家与欧空局合作，进行了几项实验，以验证尿素作为增塑剂的潜力。这种添加剂可以掺入混凝土中，软化初始混合物，使其在硬化前更加柔韧。

研究人员使用一种类似于欧空局开发的月球表面土壤的材料、尿素和各种增塑剂，用三维打印机制作了各种混凝土圆柱体，并对结果进行了比较。

实验表明，由尿素制成的样品可以支撑重物，形状几乎没有变化。在80℃下测试了它们的冲击强度。即使在类似于月球环境的8次冻融循环后，冲击强度也没有降低。

研究人员说，为了使地球上的聚合物混凝土能够在月球上使用，我们的想法是利用已经存在的东西，比如月球表面的土壤和一些地区冰中的水。

通过这项研究，研究人员还发现了一种可以有效利用的废物，比如人类登上月球的尿液。尿液的两种主要成分是水和尿素，它们可以破坏氢键，从而降低许多含水混合物的粘度。

挪威大学安娜-莱纳基和奥斯拉什；尼克森说:“我们还没有研究如何从尿液中提取尿素，因为我们正在评估它是否真的有必要，因为它的其他成分可能也可以用来形成聚合物混凝土。”

文章更正

原标题:大脑开放！利用宇航员尿液建造月球基地

月球基地的虚拟地图

根据该计划，“载人飞行”领域包括一系列项目:建造一级月球基地的地面原型，包括四个模块:生活区、实验区、动力区和现代中枢中心，以便系统地协调和测试所采用的结构和技术决策；制造在月球上从事建筑、安装和挖掘的机械和设备，包括移动式起重机、筑路机、挖掘机、电缆铺设机和负责月球地形勘测的移动式机器人。

根据该报告，从2018年起，月球基地的一系列科学研究和设计工作将得到资助。航天局希望这部分工作将在2025年前完成，费用为103.7亿卢布(约2.95亿美元)。

今年4月12日，俄罗斯副总理罗戈津率先表示，俄罗斯计划在未来开发月球。随后，由俄罗斯科学院、联邦航天局下属的几家企业和莫斯科大学联合起草的俄罗斯月球探测概念草案正式发布。根据这份文件，俄罗斯将在本世纪中叶建立一个载人月球基地和一个能够开发月球资源的试验场。旨在建立长期月球基地的首次载人登月计划将于2030年进行。

报道称，俄罗斯月球探测概念文件的命运目前还不得而知:不清楚它是被通过还是被搁置。然而，该文件的起草者显然非常重视月球基地项目，并开始规划建设细节。

报告称，专家们显然对该计划并不乐观。空间政策研究所的专家伊万·莫伊瑟夫说:“我们还没有准备好建造月球起重机。我们应该从完善月球探测技术和设备开始。目前的技术和设备存在许多问题，在更遥远的将来投资100亿卢布进行理论研究是不合适的。我们的研究所擅长设计月球基地、月球拖拉机等等，但是当涉及到实际建造这些设备时，许多事情会随着时间而改变。这些理论设计很可能是徒劳的。”

俄罗斯宇航科学院通信院士安德烈·约宁认为，将月球设备纳入月球探测的想法是错误的。他说:“在过去的20年里，美国国家航空航天局的官员已经学会了写各种漂亮的文件和想法。他们看起来很有逻辑，但实际上他们严重脱离了现实。在实施过程中，投资的期限和金额被迫不断调整和拖延。应该从一开始就为空间领域制定一个明确的总体计划。直到现在，我们还不知道国家空间战略是什么。没有它，设计一台月球拖拉机是没有意义的。”