我们如何在月球上生活?

更新时间:2019-08-25 06:00:17来源: 网络综合

文 | Ian Whittaker,Gareth Dorrian,伯明翰大学太空科学博士后研究员,本文由世界经济论坛与 The Conversation 联合发表

在人类首次登月后的半个世纪,许多私营企业与国家开始计划在月球表面建立永久基地。自阿波罗时代以来技术不断进步,但建立永久基地仍极具挑战性。那么该如何开始呢?

月球表面环境十分极端。月球有28天自转周期,这导致在大多数纬度地区,会先出现连续两周的极昼现象,紧接着是同样长达两周的极夜现象。由于月球缺少可以散发太阳热量的大气层,白天的最高气温可达130°C。同时,夜间最低温度记录为-247°C。

月球上没有可以起到防护作用的大气层,这意味着月球无法抵挡有害的宇宙辐射。也就是说,月球上的居民需要将建筑物的墙壁建的足够厚,才能抵挡宇宙辐射,并且当他们离开建筑物时,需穿上笨重的宇航服。同时,建筑物的墙壁也应十分坚固,这样才能抗击内外压力差以及微小陨石的撞击——微小的岩石及尘埃会以高速撞击建筑物的表面。

综上所述,当我们扩大第一个基地或是开始在月球上搭建房屋时,最好使用月球混凝土,它是硫磺与骨料(细砂石或碎石——普通混凝土包含骨料、水泥以及水)的混合物。这是因为它无孔、坚固且无需用水,并且月球上水资源十分稀缺。

为纪念登月50周年,The Conversation开设了新的播客系列“月球与远方”,展现了人类未来对太空的探索及月球在其中的位置。

还有一个问题就是月球上的重力很微弱——仅有地球重力的六分之一。随着时间的推移,这会导致肌肉损伤及骨质疏松。任何想在月球上永久定居的人都需尽力降低这些风险,比如加强必要的体育锻炼。

尽管没有几家航天机构会透露他们计划中的任何细节,我们也能猜测得到,月球上的第一个基地会在地球上提前建好,然后将其运至月球,以便该基地可以直接投入使用。

效果图 图片来源:ESA/Foster + Partners, CC BY-SA

月球基地必须持续提供可吸入的空气,这意味着必须提供氧气以及释放二氧化碳。国际空间站(ISS)利用电解将水分解成氧气与氢气,并将捕获到的二氧化碳排放至太空。

电力来源

对于任何一个基地来说,电源供应都是其重要组成部分。国际空间站最大可以容纳六名宇航员,并且需要75千瓦到90千瓦电力,用以维持生命、为设备供电及水循环利用。根据登月宇航员的数量以及他们所执行的任务,这种电力需求相对较小。

另外,基地可以选择使用太阳能电池板。但如果基地位于赤道地区,太阳能电池板仅能持续发电14天,因为接下来会有两周的极夜。因此,宇航员必须将电力储存在电池中,以备在黑暗时期使用。如果基地设在北极或南极,太阳能电池板就能持续接收到的阳光。

与太阳能相比,核反应堆不失为一个更可靠的选择。近年来,人们对小型裂变反应堆产生了浓厚兴趣。然而,问题在于即便是很小的反应堆,也会重达数吨,还要考虑到将其从地球运至月球。这还存在一个风险,我们制造的核材料最后会扩散到一个目前处于原始状态的地区。

另一种可能性是使用放射性同位素热发电机,通过从放射性物质与较冷外部环境之间的温差产生电流,从而产生电力。在地球上,由于室内温度相当温暖,这种方法并不能奏效。然而,月球上太阳无法照到的地区,气温就非常低了。

这类设备经常用作深空探测器的电源,是由于深空探测器轨道距离太阳较远,无法利用太阳能。但对于月球殖民来说,这需要大量的放射性同位素热发电机,因为它们在将热能转化为电能方面效率不高。

每种潜在电源都有其优缺点,但太阳能电池板更加合适,前提是将其放置在正确的位置上。

食物与水

显而易见,月球基地的居民必须靠以植物为主的饮食生存。肉类及其他食物需要由供给船运送,因为开展农业需要大规模的基础设施才能实现。然而,理论上来说,在月球的土壤中种植植物也是有可能的——计算机模型中显示番茄和小麦可以发芽。

在月球的土壤中种植植物 图片来源:美国国家航空航天局

植物需要大量的空间以提供足够的食物——基地必须足够大才能容纳它们。虽然月球土壤中有许多作物所需的营养物质,但缺少植物生长所必需的氮,这仍是一项重大挑战。土壤中对植物有毒的铝与铬等金属含量也很高。

我们可以利用一种叫做水培法的技术来解决这些问题——在水中而非土壤中种植植物,同时用LED灯提供人工光照。比如,这可以室内无窗房间中实行。

水培法的缺点是需要大量的水。充分利用现有技术,水可以很轻易地从水槽及淋浴间、汗水及尿液中得到循环利用。不可避免地会有一些水流失,这时需要得到一定的补充。幸运的是,从月球上可以提取到适量的水冰——尤其是在两极地区。

未来月球殖民地的最后一个主要考虑因素是健康与安全。探测的潜在风险也都有据可查。在南极等人迹罕至的地区,我们很难治愈病人——那里的医疗支持在夏季十分有限,而在冬季基本不存在。这表明月球基地必须在医疗上做到自给自足,增加运至月球的医疗设备和训练有素的医疗人员。

最后,我们掌握了可以建立月球基地的技术,但再多的创新也无法全面消除以上风险。这种基地能否继续使用下去,更多地取决于风险考量。现在的问题在于,我们作为社会的一员,能否接受月球移民,能否吃得下月球的食物。

(以上内容仅代表作者个人观点。本文翻译自世界经济论坛Agenda博客,中文版本仅供参考。)

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