打造“月球旅店”

文/文 曲

人類建設(shè)的月球住宅和月球基地（模擬圖）

對(duì)人類而言，月球是一片充滿未知的土地，荒涼、沉悶卻又美麗。數(shù)千年來，人類對(duì)遙遠(yuǎn)的它著迷并向往，渴望有一天能登上它，揭開它的神秘面紗。1969 年7 月20 日，美國(guó)宇航員阿姆斯特朗成功登上月球，成為踏上月球的第一人，為人類的探月史畫上了濃墨重彩的一筆。同時(shí)，也引出了新的問題：人類能否像在地球上一樣在月球上正常生存和生活呢？

月球環(huán)境十分惡劣，處處存在對(duì)人類生存的威脅。月球沒有大氣層，來自宇宙的輻射、帶電粒子和微流星體到達(dá)月球時(shí)威懾力絲毫不減。沒有大氣層的輻射阻隔和保溫，導(dǎo)致月球的晝夜溫差極大；月球的黑夜可長(zhǎng)達(dá)兩周……如果人類要在如此惡劣的環(huán)境下生存，那么對(duì)月球基地和住宅的設(shè)計(jì)、構(gòu)造、材料、技術(shù)的安全性和可靠性的要求都將十分嚴(yán)苛。

將宇航員乘坐的太空艙座駕變成住房（模擬圖）

太空艙式的溫暖小窩

在登陸月球的初級(jí)階段，人類可以將月球著陸器和使用過的燃料箱變成自己的住宅和生活場(chǎng)所，因?yàn)樵虑蛑懫骱腿剂舷浔旧砭途哂蟹垒椛浜偷钟鶚O端溫度等功能。當(dāng)然，從地球上發(fā)射專門用于在月球居住的太空艙也是一個(gè)選項(xiàng)，但存在造價(jià)費(fèi)用高昂且內(nèi)部空間狹窄的弊端。而對(duì)于宇航員來說，盡管在太空艙內(nèi)進(jìn)行日常活動(dòng)并不方便，卻也比暴露在月表安全且舒適許多。

充氣式太空艙是近些年被重點(diǎn)關(guān)注的一種太空艙。相較于金屬制成的傳統(tǒng)太空艙，充氣式太空艙體積小、質(zhì)量輕，造價(jià)也更為便宜。由于在運(yùn)輸?shù)倪^程中可大幅縮小體積，這種太空艙能為火箭省出大量的空間，這也意味著可以節(jié)省燃料和降低發(fā)射成本。

充氣式太空艙（模擬圖）

充氣艙由形狀記憶材料、充氣材料等制成。當(dāng)充氣艙被發(fā)射到月球后，在陽光的照射下會(huì)逐漸膨脹起來。膨脹后的充氣艙相較傳統(tǒng)的太空艙而言十分寬敞，可容納6～12 人，內(nèi)部可分成生活區(qū)、工作區(qū)、科研區(qū)和栽培區(qū)等。同時(shí)，在艙體的外部還部署有太陽能電站。充氣式太空艙還可以與著陸器、月球車或其他艙段連接，便于宇航員生活和工作。此外，將多個(gè)充氣艙連接在一起還可以建成一個(gè)小型的月球基地。這種充氣式太空艙有望成為第一批到月球久居的人類的住宅。

洞穴式的野營(yíng)生活

除了在月球表面布設(shè)太空艙，科學(xué)家還設(shè)想在月球上像原始人般打造洞穴用來居住。月球上的山坡、山脈、峽谷、峭壁、隕石坑等，都是建造洞穴式居住區(qū)的理想選址。月表的洞穴式居住區(qū)類似我國(guó)西北地區(qū)的窯洞，月表下的則類似防空洞、地下室和地鐵站。

科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，在月表下建設(shè)洞穴式居住區(qū)存在諸多優(yōu)勢(shì)：首先，月壤的導(dǎo)熱率低，可以抵御月球表層的極端溫度變化。月表的晝夜溫差可達(dá)340℃左右，而到了月表之下，無論白天還是黑夜，溫度都保持在-23℃左右。其次，月表是一層天然的庇護(hù)，可以防止輻射和微流星體，還能大大降低洞穴中空氣泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)槌艘恍┩ㄏ蛟卤淼谋匾隹谕猓卤碇碌木幼^(qū)與外部完全隔絕。

雖然在月表之下居住好處多多，但其建造的過程也相對(duì)復(fù)雜。人類可以操控挖掘機(jī)，采用挖礦一樣的方法，挖掘地下洞穴。地下洞穴一旦形成，就必須進(jìn)行硬化，以避免坍塌。硬化的材料可就地取材，因?yàn)樵氯赖闹饕煞质嵌趸?，?duì)其進(jìn)行燒結(jié)，就可以起到硬化的作用，還可以在洞穴里留下玻璃般的內(nèi)表面。除了考慮洞穴的堅(jiān)固性，還需要注意月球內(nèi)部溫度和壓力的變化。月球內(nèi)部的溫度和壓力隨著深度的增加會(huì)逐漸升高，在建造地下居住區(qū)時(shí)，必須注意這種變化帶來的危險(xiǎn)。另外，如果需要在地下居住區(qū)修建農(nóng)場(chǎng)，還需要人造陽光—紫外線的參與，這也是在建設(shè)之初須考慮的因素。

2009 年初發(fā)現(xiàn)的一個(gè)熔巖管

月球上有一種奇特的地理構(gòu)造——熔巖管。當(dāng)月球上的液態(tài)熔巖流流動(dòng)時(shí)，由于表面冷卻較快，形成固體硬殼，在表層硬殼的保溫作用下，其內(nèi)部溫度高、流速快，從而形成管道，這便是熔巖管。“天窗”是熔巖管頂部坍塌后形成的圓孔。2008 年，日本“月球女神號(hào)”探測(cè)器在月球的馬呂斯山地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的洞口，這個(gè)洞口就是月球熔巖管的“天窗”。2011 年，美國(guó)宇航局的月球勘測(cè)軌道飛行器對(duì)“天窗”進(jìn)行了更詳細(xì)的拍攝，發(fā)現(xiàn)了65 米寬的礦洞和36 米以下的礦洞底部。此外，月球上的哈德利山區(qū)可能是一個(gè)部分有屋頂?shù)娜蹘r管，其中一些部分已經(jīng)坍塌。同時(shí)，靜海地區(qū)也可能存在熔巖管。迄今，月球勘測(cè)軌道飛行器已經(jīng)拍攝、探測(cè)了200 多個(gè)“天窗”的圖像。這些“天窗”呈現(xiàn)了熔巖管的特征，直徑從5米至900 米不等。美國(guó)“圣杯號(hào)”探測(cè)器的重力探測(cè)表明，月球上存在寬度超過1 千米的熔巖管。

通常情況下，月球熔巖管常出現(xiàn)在傾斜的表面上，傾斜的角度從0.4°到6.5°不等，其內(nèi)部會(huì)形成一個(gè)巨大的空間，足以容納整個(gè)城市。熔巖管是一座天然的庇護(hù)所，能幫助人類免遭宇宙輻射、隕石、微流星體和撞擊噴出物等的傷害。它們還可以與月球表面的極端溫度變化絕緣，為人類提供一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境。同時(shí)，這樣的地下環(huán)境可以用空氣制造壓力，模仿地球的1 個(gè)大氣壓，創(chuàng)造一個(gè)可呼吸的大氣環(huán)境，人類也不需要在洞穴里穿著宇航服了。然而，熔巖管有時(shí)會(huì)因?yàn)樽陨碇亓Χ浪部赡鼙坏卣鸹蛄餍寝Z擊所破壞，如果人類要在熔巖管內(nèi)部居住，那么這些都是需要考慮的安全因素。

建筑原料就地取材

除了從地球帶來太空艙以及在月表下打造“洞穴”，人類還可以用各式各樣的建筑材料在月球上修建住宅。為了將對(duì)地球原材料的依賴程度降到最低，科學(xué)家們提出了以月球自身的資源作為主要材料的設(shè)想。其中，“月球混凝土”的概念便基于此被提出。

這些建筑材料包括月球磚、月球混凝土、無水混凝土、芳綸纖維、鋼材和鋁材等。月球上的巖石、塵埃、風(fēng)化石都是制造混凝土的材料，與地球上的混凝土成分相同，月球混凝土的主要成分也是水、骨料和水泥。骨料可以是月球巖石和表土；水泥將通過對(duì)含鈣量高的月球巖石進(jìn)行選礦和制造；而水則可以從月球上采集，也可以將月壤中產(chǎn)生的氧氣和氫氣結(jié)合起來，從而產(chǎn)生水。

月球混凝土廠（模擬圖）

月球混凝土作為月球基地的建筑材料具有很多優(yōu)勢(shì)：首先，月球混凝土的生產(chǎn)原料基本都來源于月球本身，這樣既可以減少經(jīng)費(fèi)，還能提高效率。其次，由于基本是由本土材料構(gòu)成的，月球混凝土的溫度耐受范圍很大，在-150～120℃的溫度范圍內(nèi)，其結(jié)構(gòu)特效都不會(huì)遭到破壞。盡管一部分水會(huì)從材料中蒸發(fā)，但是混凝土固化過程中并不會(huì)損失化學(xué)合成的水。最后，月球混凝土還會(huì)吸收伽馬射線，使人類居住區(qū)更加安全。

為了使月球混凝土的強(qiáng)度進(jìn)一步提升，還可以往其中添加一些抗拉纖維。玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料，抗拉強(qiáng)度高，通常用作復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料。月球玻璃纖維可以由風(fēng)化土形成，將其添加在月球混凝土中，可以使月球基地更加堅(jiān)固。另一種抗拉材料—芳綸，也可以添加到月球混凝土中。芳綸應(yīng)用廣泛，從自行車輪胎、賽車帆到防彈背心，都有它的身影。它的抗拉強(qiáng)度與質(zhì)量之比很高，強(qiáng)度是鋼的5 倍，其質(zhì)量很輕，也很堅(jiān)韌。在月球基地建設(shè)初期，宇航員可以將芳綸運(yùn)送到月球。

除了混凝土，在月表建造月球基地還可能需要大量的“磚塊”。月壤是二氧化硅和一些含鐵化合物的混合物，利用微波能量可以將這些混合物熔化成玻璃狀的固體，作為修建月球基地的“磚塊”。這些“磚塊”的機(jī)械性能很好，是一種應(yīng)用前景廣闊的制造剛性結(jié)構(gòu)的材料。

3D打印高科技

3D 打印技術(shù)是一種技術(shù)成熟、簡(jiǎn)單易行、廉價(jià)高效的方法。在地球上，3D 打印技術(shù)可以用來制作零件、工具、槍炮、衛(wèi)星部件、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、人工血管、人體組織等等，甚至可用來打印房屋。

在月球上也可以用3D 打印來建造基地。月球風(fēng)化層是用于3D 打印的好材料，當(dāng)其被加熱到1200～1500℃（略低于熔點(diǎn)）時(shí)，材料中的納米顆粒粉塵會(huì)融合成一種類似陶瓷的固體，用其打印的房屋不僅可以提供絕緣輻射保護(hù)，還可以抵御外界極端溫度變化帶來的危害。除此之外，將月球材料與氧化鎂混合也可以作為3D 打印材料。打印時(shí)使用黏結(jié)鹽，可將兩種混合物打印成石頭狀固體。

3D 打印技術(shù)的效率很高，實(shí)驗(yàn)證明，用3D 打印技術(shù)來建造房屋，每小時(shí)能打印3.5 米的房屋構(gòu)件。預(yù)計(jì)用下一代3D 打印機(jī)，每小時(shí)能打印5 米的房屋構(gòu)件。打印一幢小別墅，一天內(nèi)就能完成。如若是打印一座大樓，一周內(nèi)可完工。

月球，荒涼！科技，神奇?。M圖）