建立一个月球基地有多难?

资讯 09-20 阅读: 评论:
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今年,德国科隆将举办有史以来规模最大的月球模拟体验。

在一个占地超过1000平方米的人造月球上,科学家连接到起重机和滑轮系统,来模拟月球的重力变化。

图源:欧洲航天局

当需要休息的时候,还可以进入休息区内,体验在地球上生活的场景。

这一月球模拟真正目的还是暴露了人类的“野心”——移民月球!

图源:Maciej Rębisz 概念图图源:Maciej Rębisz 概念图

自美国宇航员1969年登月以来,到目前为止,还没有第二批人类登上过月球。

图源:NASA图源:NASA

之后造访月球的基本都是冷冰冰的金属探测器,与冰冷寂静的宇宙倒是完美融合。

图源:Maciej Rębisz 概念图图源:Maciej Rębisz 概念图

而如果人类要移民月球,至少得在月球表面建立一个长期的定居基地,这样才能保证基本的生存。

图源:Maciej Rębisz 概念图图源:Maciej Rębisz 概念图

不过月球可不比地球,在月球表面建立一个基地可太难了。

首先要解决的问题是水源。

从地球运输淡水去月球,对于长期定居的月球基地显然不太现实。

而多年以来,在月球赤道收集的岩石样本都表明了这个卫星是干燥、不含水的。

美国宇航员从月球带回的岩石样本  图源:美国国家地理美国宇航员从月球带回的岩石样本  图源:美国国家地理

不过,随着探索逐渐两极化,探测器在月球的两极发现了冰块的存在,并且根据分析,每极可能含有100亿吨的冰层。

图源:NASA图源:NASA

这似乎出现了一丝机会?

可惜还是不够。

尽管发现了冰块,对于冰层的厚度、冰层是与土壤混合还是单独的存在,目前尚不可知。

为了解决这些问题,印度Chandrayaan—2月球车和俄罗斯的LUNA27登陆器将于2022年登月探测。

俄罗斯Luna27登陆器俄罗斯Luna27登陆器

探测还是后话,现在还有一个更重要的工作需要进行,那就是采集冰块。

在月球上进行采集工作最大的困难就是能源,因为挖掘机器需要能量来工作。

在太空环境中,一般是依赖于钚电池这种同位素电池自然衰变来产生能量,不过这种电池费用昂贵,用于开采冰块有点大材小用了。

这样看来,挖掘机器的能量好像只能从一个地方获取了。

那就是太阳系中最大的能量体——太阳。

科学家从挪威南部Rjukan镇借用了一种特殊的“引光”方法。

Rjukan镇因为地处山谷处,所以很难享受到阳光的沐浴。

当地政府在小镇旁的高山上建造了几面巨大的反射镜,将太阳光投射到谷底,让小镇上的人也可以生活在阳光之下。

在月球上,已探明的冰层位于永久阴影的陨石坑中,这是太阳系中已知的天然最冷点。

月球南极冰层概念图  图源:NASA月球南极冰层概念图  图源:NASA

利用巨大的反射镜,来自高峰的太阳光可以直接进入到陨石坑,在里面通过日光的能量把冰块融化。

图源:nature图源:nature

收集的液态水运到加工厂,一部分经过处理变成可饮用的水源。

加工厂概念图  图源:Maciej Rębisz加工厂概念图  图源:Maciej Rębisz

另一部分通过太阳能电力分解为氢气和氧气,然后这些气体还可以储存起来,用作火箭推进剂。

水的问题解决了。

下一个人类必需的生存条件——氧气。

虽然电解水可以得到些许氧气,但是这不能作为主要的氧气来源。

电解水实验电解水实验

那么在月球上还有什么办法可以获得氧气呢?

从月球上的土壤中,也就是Regolith(风化层)。

风化层在月球表面随处可见,其中含有二氧化硅和其他金属氧化物。

如果按照元素划分,月球土壤含有43%的氧,21%的硅,13%的铁,8%的钙,6%的铝,5%的镁和4%的其他元素。

也就是说,其中的含氧量非常高。

那么现在问题就在于要如何从土壤中制出氧气呢?

2010年美国NASA航天局在夏威夷群岛进行了月球模拟实地测试,其中就包括了从土壤中制出氧气。

图源:Regolith图源:Regolith

在夏威夷莫纳克亚火山发现的特弗拉火山灰,是一种和月球表面土壤很相似的矿物。

研究人员使用风化层进料系统,将火山灰倒入进料系统,通过进料系统简单处理后,再输送到反应堆。

经过反应堆中甲烷的碳热还原过程,把氧气从土壤中分离出来,最后使用旋风分离器把废料和气体分离开。从而得到氧气。

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