作者:雍黎 来源:科技日报 发布时间:2022/12/7 16:45:49
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在月球熔岩管内建造人类基地 最新研究提供可行性方案

 

科技日报记者 雍黎

我国将在2028年左右建成月球科研站基本型,近日,中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁透露的这一消息让不少网友激动。月球基地将如何建?

12月7日,记者从重庆大学获悉,最新一期《空间科学与技术(英文)》期刊刊发由重庆大学谢更新团队联手北京空间机电研究所果琳丽研究员的研究文章,该研究探讨将月球熔岩管用于人类居住的可行性,并提出利用地球溶洞模拟地外熔岩管的方案设想,这一方案可行性得到国际认可,并将在重庆选择喀斯特溶洞作为模拟场地,开展相关研究和试验。

利用月球熔岩管建立月球基地

“人类设想能在地外星球上长期生存,就必须建立一个安全、稳定、低功耗可长期使用的居住地。”重庆大学先进技术研究院院长、教育部深空探测联合研究中心常务副主任谢更新教授表示,月球熔岩管是近年来发现的一类特殊月球地质结构,是经过火山活动在月球形成的空心管状洞穴。由于月球熔岩管有坚硬的玄武岩顶,其内部环境因素的变化都相对稳定,如温度、辐射剂量和陨石撞击概率,理论上为人类在月球的长期居住提供了理想的栖息地。

研究人员对利用月球熔岩管建立月球基地的合理性进行了论证。在月球基地能耗估算上,有人月球基地运行中涉及的封闭系统需要的外部能量主要包括:乘员呼吸、植物光合作用和内部温度控制,特别是月球表面温差将达到300度以上,在月表建立基地将消耗巨大的能源。研究表明,在面积约8000平方米、高度约50米的半圆形隧道洞穴中,保证一个容纳8名航天员的月球基地维持运转所需的最低能耗约为145.5千瓦。“这一能耗大大低于在月面建设基地。”谢更新表示,从能耗上估算,熔岩管是建立月球基地的最佳选址地。

在月球熔岩管基地安全评估上,相比月球表面,月球熔岩管所受辐射小且极端条件较少,这些优点使其更适合用于建立月球基地。研究显示,月表6米以下的熔岩管基本上免于宇宙射线和太阳辐射的伤害;在地下1米以内的深度,太阳耀斑和太阳粒子事件(SPE)基本不会影响到熔岩管内部环境。

同时,熔岩管还有免受陨石击穿风险,因为位于月表下面,能够很好抵御月球尘埃,这是由月球表面的小碎片在太阳风的作用下形成的带电尘埃,可以吸附在任何设备上,具有研磨性,对人和机器非常有害。月球熔岩管在月球上的长期存在亦证明其结构足够稳定,可以承受月震的影响,这与在月球表面建造基地相比具有明显的优势。

“目前月球探测活动已发现月球上有300多个洞穴入口——‘天窗’。”谢更新表示,“天窗”是由活动熔岩管坍塌而形成的坑,这300多个天窗,可以是天然的月球基地备选地。

月面下建设月球基地需解决两大难题

论证了在月球熔岩管内建造人类基地的可行性后,谢更新和果琳丽团队还将在重庆利用溶洞模拟月球熔岩管进行验证研究。

“地球溶洞在内部结构、自然环境和隔绝外界环境三个方面可以很好地模拟月球熔岩管情况。”谢更新表示,虽然地球溶洞和熔岩管的形成机制和环境不同,但其大小相似,都是弯曲的半圆形洞穴,溶洞提供的空间可以满足现阶段的研究需求。在自然环境方面,溶洞和熔岩管的环境都相对温和,酸碱度都为弱碱性,空气质量上也都受外界影响少,内部环境也极少受到外界环境影响。

据了解,团队计划利用重庆的喀斯特地貌,寻找合适的溶洞,采用溶洞模拟地外天体熔岩管的内部环境,通过封闭溶洞实现与外部环境的完全隔离。溶洞实验包括洞室自动施工技术和就地利用技术以及人工生态系统实验。采用导光管将阳光引入生态实验室,为作物生长提供阳光,并开发自动能源控制系统。

“在溶洞内建设月球基地,还需要突破如何对大的建筑体密封和如何远程操控机器建造两大难题。”谢更新表示这也是项目研究的重点,他们将围绕密封、自动建造技术和地下通信、生态系统循环、人机环工效等问题进行研究,将利用团队“嫦娥四号”成功在月面首次构建微型生态系统、开展生物实验并培育出人类月球第一片绿叶的技术和经验基础上,为在月球熔岩管内建造人类基地提供可操作性方案。

 
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