用科學來分析一下：人類建造月球基地究竟有多難？

據國外媒體報導，1975年，在阿波羅號最後一次登月的第三年，《太空：1999》首次在英國電視節目中播出，這部電視劇描述了一次核爆炸破壞了月球，一支由300多人組成的國際月球殖民者離開了月球軌道，開始了一段未知的太空探索之旅。

這部電視劇對當時年輕時代的伊隆‧馬斯克（Elon Musk）留下了深刻印象，2017年8月，馬斯克披露了他們在月球建造人類基地的計畫，並將其命名為「月球基地阿爾法」，這個名字源自電視劇《太空：1999》中的太空月球基地。馬斯克在Twitter上稱，這部電視劇並未帶給觀眾轟動效應，但是他個人非常喜歡。

據悉，並非只有SpaceX公司制訂了人類登月計畫。中國國家航天局（CNSA）宣佈成功完成「嫦娥四號」探月任務的新階段任務，之前「嫦娥四號」成為首個在月球背面軟著陸的太空載具。

在人類月球登陸50年之後，建造月球基地的可行性逐漸成形。具有諷刺意味的是，雖然只有美國在月球上留下了足跡，但是美國人現在不得不加倍努力迎頭追趕。到2018年8月美國才宣佈建造永久性月球基地的計畫，在此之前美國太空總署關注的焦點是火星，相比之下，歐洲太空總署已經領先一步。

月球村

歐洲太空總署宣佈計畫建造一個永久性月球基地，在新任局長Johann-Dietrich Wörner的倡導下，提出「月球村」概念將包括各種群體，其中包括：科學家、藝術家、公共組織和私人組織。月球村可用於天文研究、旅遊或者地質勘探地球上短缺礦物質。

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同時，美國麻省理工學院媒體實驗室空間探索計畫創始人阿里爾‧埃克布勞也希望「空間民主化」，為此他召集了一支多學科研究小組，具備了機器人、合成神經生物、建築、藝術、空間和設計等技術力量。

並非所有人都這樣想，但是歐洲太空總署科學顧問艾丹‧考利對Johann-Dietrich Wörner的觀點表示認可，因為他是首批在歐洲太空總署總部研究月球技術的專家之一。他說：「最初每個人都在看著我，好像我有兩顆腦袋一樣，因此對我而言，看到人們對月球的關注越來越多，我感到非常滿足，這也證實了人們對月球探索意義的認可。」

美國太空總署計畫在2030年前將太空人送上月球表面，並計畫在月球軌道建造一個叫做「閘道器」（Gateway）」的月球軌道平台，目前商業公司也開始準備登陸月球展開探索計畫。例如：「藍色起源」公司正在與OHB、MT Aerospace建立合作關係，計畫發射「藍色月球」太空貨船登陸月球表面。但無論哪個組織最先到達月球表面，優先任務是倖存下來，到目前為止，人類在月球表面生活的最長時間只有3天。如果人類計畫停留更長時間，月球並不是最受歡迎的目的地。

月球目的地

月球表面溫度在零下127攝氏度至零下173攝氏度之間，存在著一定的輻射等級，處於低重力條件，其重力僅是地球的六分之一。一個月球日大約相當於29個地球日，這意味著登陸月球的探測器將經歷持續29個的白天，然後是持續29個的黑夜，太陽能充電可能成為一個問題。因此，月球前哨基地的任何新技術都必須適應這些條件。

德國太空專家皮埃爾‧亞歷克西斯‧朱梅爾稱，這項太空競賽將持續5年時間，因為月球競賽的目標是將最好的團隊想法帶到月球表面。

基於這些努力，「藍色起源」、空中巴士太空防務及太空公司、歐洲太空總署在內的幾個機構近期成立了一個叫做「月球競賽」的非營利組織，其目的是鼓勵企業在製造、能源生產、水資源（使用月球水灌裝瓶子）和生物製造（維持第一個月球溫室）等領域開發技術，並將在2019年10月在國際宇航大會上正式啟動。

朱梅爾是空中巴士防務及太空公司的太空工程師、「月球競賽」聯合創始人，他指出，我們將在今年3月發佈相關指導方針和規則，這項比賽將持續5年時間，因為月球競賽的目標是將最好的團體理念應用於月球表面開發。

「月球競賽」技術原型是在月球條件下進行測試，並構建在月球任務基礎之上。朱梅爾表示，這項太空任務主要依靠多家太空機構協作完成，我們最初計畫在2024-2025年實現。

建造月球家園

儘管早期月球基地的概念富有藝術想像力，但實際將受到現實條件的約束限制，畢竟到月球旅行成本非常昂貴。太空負載越重，所需燃料就越多，相應的成本也越高。利用月球現有資源建造一個生活空間是具有意義的，有可能使用熔岩管，在月球早期火山活動形成的隧道作為避難所，獲取月球表面之下的冰凍水資源。但一個更加直接的計畫是利用月球風化層（一種類似於地球火山沙的細黑玄武岩沙）建造一個棲息地。

科隆大學馬蒂亞斯‧史佩爾教授與德國航空太空中心DLR合作，使用火山粉末製造磚塊，月球風化層模擬物是透過一種叫做烤結處理的過程製造的，在燒結過程中，聚焦陽光或者雷射將相關材料粘合在一起。他使用3D印表機製作不同形狀的磚塊，並觀察哪種效果最好。史佩爾說：「我們可以使用當前技術和建造外形來構造建築元素，我們並不是在玩樂高積木，但是我們在製造扣鎖磚塊。」

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這些磚塊將建造一個類似冰屋的建築結構，這樣它就能抵抗來自頂部的額外壓力。史佩爾說：「冰屋頂部的壓力來自一層1公尺左右厚的鬆散風化層，因為月球沒有風可以將這些風化層物質吹散，但同時它們可作為一種天然的防輻射保護層。你需要帶上一個1平方公尺或者更大的透鏡來捕捉太陽光線，進而實現月球灰塵的3D燒結和列印。之後你需要一位太空人，或者一個機器人，將這些碎片拼湊起來，最終形成一個人類定居點，月球風化層內部氧氣也可以提取出來供人類呼吸。」

史佩爾說：「但是僅僅建造一個月球人類定居點將是一個緩慢的過程，做一塊磚大約需要5個小時，建造一個冰屋需要1萬塊磚，這需要幾個月的時間。」

如果投入使用更多的透鏡，並採用機器人建造月球人類定居點，相應的建造時間可以縮短，但這是一個可行的計畫。月球風化層可以用於建造像混凝土一樣堅固的建築。當前的技術僅能提供混凝土五分之一的強度，大約相當於石膏的強度，因此需要進一步開發設計才能達到最終理想的強度。下一個階段是評估，幸運的是，歐洲太空總署大型月球設施將於今年晚些時候開始建設，該設施可以為未來人類月球生活提供技術和生存條件。

如何倖存

由於科學家在月球兩極發現了水冰證據，並在2018年8月獲得美國太空總署的最終確認，意味著任何月球基地都可能在月球兩極地區建造。月球風化層內部的氧氣也可以被提取供人類呼吸，最可能的來源是鈦鐵礦（FeTiO3），當鈦鐵礦在大約1000攝氏度時與氫氣結合，將產生水蒸氣，之後水蒸氣分離處理可以產生氫和氧。

首先，太空人需要食物和飲料，「嫦娥四號」在月球實現種子發芽，令研究人員感到興奮，事實上在太空中生產可持續食物並不是一個新想法。該想法最初源自於1982年，當時前蘇聯太空人在「禮炮7號」空間站上種植阿拉伯芥。

2010年，美國亞利桑那大學開發一種「月球溫室」原型——一種水耕栽培系統，使用5.5公尺長的薄膜覆蓋管、水冷式鈉蒸氣燈和「封套」保存種子，利於太空人呼出的二氧化碳和排出的尿液提供水分，光纖線纜提供陽光。

能量

新能源技術是人類在月球上生活的關鍵，地球上的燃料電池需要氫和氧（通常來自空氣）之間的化學反應來產生電能，而水是副產物。雖然月球沒有大氣層，但仍殘留部分大氣成分。

負責開發這些最新技術的考利說：「你可以將月球上的水資源進行分解，在夜晚重新組合產生電能。白天我們擁有大量的太陽能，剩餘的太陽能用於分離水，形成氫和氧，因此這是我們在月球上用於維持長期勘測任務的獨特工具。」

利用類似熱泵的處理過程存儲熱能頗具潛力，考利說：「月球上並不存在對流層，因為沒有風，所以來自太陽的熱量停留在風化層中。我們可以使用透鏡或者鏡子將陽光聚焦在地面上，利用這些資源來維持人類生活基地的溫度或者進行發電。」

一旦這些技術得以完善並進行測試，並確保在月球條件下工作，太空人將能夠建立一個月球基地，這比你想像的要實現得更快。

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