我國將在2028年左右建成月球科研站基本型，近日，中國工程院院士、中國探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁透露的這一消息讓不少網(wǎng)友激動(dòng)。月球基地將如何建?

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12月7日，記者從重慶大學(xué)獲悉，最新一期《空間科學(xué)與技術(shù)(英文)》期刊刊發(fā)由重慶大學(xué)謝更新團(tuán)隊(duì)聯(lián)手北京空間機(jī)電研究所果琳麗研究員的研究文章，該研究探討將月球熔巖管用于人類居住的可行性，并提出利用地球溶洞模擬地外熔巖管的方案設(shè)想，這一方案可行性得到國際認(rèn)可，并將在重慶選擇喀斯特溶洞作為模擬場地，開展相關(guān)研究和試驗(yàn)。

利用月球熔巖管建立月球基地

“人類設(shè)想能在地外星球上長期生存，就必須建立一個(gè)安全、穩(wěn)定、低功耗可長期使用的居住地。”重慶大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院院長、教育部深空探測聯(lián)合研究中心常務(wù)副主任謝更新教授表示，月球熔巖管是近年來發(fā)現(xiàn)的一類特殊月球地質(zhì)結(jié)構(gòu)，是經(jīng)過火山活動(dòng)在月球形成的空心管狀洞穴。由于月球熔巖管有堅(jiān)硬的玄武巖頂，其內(nèi)部環(huán)境因素的變化都相對穩(wěn)定，如溫度、輻射劑量和隕石撞擊概率，理論上為人類在月球的長期居住提供了理想的棲息地。

研究人員對利用月球熔巖管建立月球基地的合理性進(jìn)行了論證。在月球基地能耗估算上，有人月球基地運(yùn)行中涉及的封閉系統(tǒng)需要的外部能量主要包括：乘員呼吸、植物光合作用和內(nèi)部溫度控制，特別是月球表面溫差將達(dá)到300度以上，在月表建立基地將消耗巨大的能源。研究表明，在面積約8000平方米、高度約50米的半圓形隧道洞穴中，保證一個(gè)容納8名航天員的月球基地維持運(yùn)轉(zhuǎn)所需的最低能耗約為145.5千瓦。“這一能耗大大低于在月面建設(shè)基地。”謝更新表示，從能耗上估算，熔巖管是建立月球基地的最佳選址地。

在月球熔巖管基地安全評估上，相比月球表面，月球熔巖管所受輻射小且極端條件較少，這些優(yōu)點(diǎn)使其更適合用于建立月球基地。研究顯示，月表6米以下的熔巖管基本上免于宇宙射線和太陽輻射的傷害;在地下1米以內(nèi)的深度，太陽耀斑和太陽粒子事件(SPE)基本不會(huì)影響到熔巖管內(nèi)部環(huán)境。

同時(shí)，熔巖管還有免受隕石擊穿風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槲挥谠卤硐旅妫軌蚝芎玫钟虑驂m埃，這是由月球表面的小碎片在太陽風(fēng)的作用下形成的帶電塵埃，可以吸附在任何設(shè)備上，具有研磨性，對人和機(jī)器非常有害。月球熔巖管在月球上的長期存在亦證明其結(jié)構(gòu)足夠穩(wěn)定，可以承受月震的影響，這與在月球表面建造基地相比具有明顯的優(yōu)勢。

“目前月球探測活動(dòng)已發(fā)現(xiàn)月球上有300多個(gè)洞穴入口——‘天窗’。”謝更新表示，“天窗”是由活動(dòng)熔巖管坍塌而形成的坑，這300多個(gè)天窗，可以是天然的月球基地備選地。

月球基地研究溶洞模擬平臺構(gòu)想圖。重慶大學(xué)供圖

月面下建設(shè)月球基地需解決兩大難題

論證了在月球熔巖管內(nèi)建造人類基地的可行性后，謝更新和果琳麗團(tuán)隊(duì)還將在重慶利用溶洞模擬月球熔巖管進(jìn)行驗(yàn)證研究。

“地球溶洞在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、自然環(huán)境和隔絕外界環(huán)境三個(gè)方面可以很好地模擬月球熔巖管情況。”謝更新表示，雖然地球溶洞和熔巖管的形成機(jī)制和環(huán)境不同，但其大小相似，都是彎曲的半圓形洞穴，溶洞提供的空間可以滿足現(xiàn)階段的研究需求。在自然環(huán)境方面，溶洞和熔巖管的環(huán)境都相對溫和，酸堿度都為弱堿性，空氣質(zhì)量上也都受外界影響少，內(nèi)部環(huán)境也極少受到外界環(huán)境影響。

據(jù)了解，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃利用重慶的喀斯特地貌，尋找合適的溶洞，采用溶洞模擬地外天體熔巖管的內(nèi)部環(huán)境，通過封閉溶洞實(shí)現(xiàn)與外部環(huán)境的完全隔離。溶洞實(shí)驗(yàn)包括洞室自動(dòng)施工技術(shù)和就地利用技術(shù)以及人工生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。采用導(dǎo)光管將陽光引入生態(tài)實(shí)驗(yàn)室，為作物生長提供陽光，并開發(fā)自動(dòng)能源控制系統(tǒng)。

“在溶洞內(nèi)建設(shè)月球基地，還需要突破如何對大的建筑體密封和如何遠(yuǎn)程操控機(jī)器建造兩大難題。”謝更新表示這也是項(xiàng)目研究的重點(diǎn)，他們將圍繞密封、自動(dòng)建造技術(shù)和地下通信、生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)、人機(jī)環(huán)工效等問題進(jìn)行研究，將利用團(tuán)隊(duì)“嫦娥四號”成功在月面首次構(gòu)建微型生態(tài)系統(tǒng)、開展生物實(shí)驗(yàn)并培育出人類月球第一片綠葉的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，為在月球熔巖管內(nèi)建造人類基地提供可操作性方案。

關(guān)鍵詞： 月球熔巖管 重慶大學(xué) 內(nèi)部環(huán)境 生態(tài)系統(tǒng) 自然環(huán)境