月球开发

 

竞赴蟾宫会嫦娥

一年一度的中秋佳节又要来临了,今年是人类第一次踏上月球的34周年,人类拜访月球的活动,在历经长时期的沉寂后,如今又掀起了新一轮的热潮。

NASA设想的月球基地,太阳能电池板方阵将为月球的居住者提供主要电力。

月球是地球惟一的亲密小伙伴,在20世纪60年代末至70年代初的冷战时期,美苏两个超级大国推动的第一次探月热潮,完全是大国政治竞争的产物,月球成为美苏冷战的极好舞台。现在,月球已成为新一代探索者的目标,空间科学家希望能在地球和月球之间,重新构筑起一种长期而有价值的联系。

四方探月

21世纪的前20年将是月球探测的又一个高潮,与第一次探测潮不同的是,这次的主力阵容完全是新面孔,欧洲空间局(ESA)、日本、中国和印度,美国国家航空航天局(NASA)的主要关注点是火星,对月球则显得缺乏兴趣,至于苏联的主要继承者俄罗斯,则因经费问题而罢手。

21世纪最先造访月球的,将是欧洲空间局的“SMART-1”探测器,计划于今年底发射。2004年夏,日本将发射两个探测器——“月球-A”;2005年,日本将发射自“阿波罗”计划以来最昂贵的探测器——耗资3亿美元的“月亮女神”探测器(Selene)。中国今年正式启动了一项名为“嫦娥工程”的探月计划,有望在3年内发射探月卫星。印度将在2008年之前发射第一个月球探测器——轨道飞行探测器。

上述各地区各国的探月计划各有千秋,与“嫦娥”约会的目的各不相同:欧洲空间局侧重于验证航天技术和卫星上搭载仪器;日本则专注于研究月球内部构造的演化和形成;中国重点研究月球资源分布;印度探月任务与中国相近,但任务范围相对较小。

探测月球是为了人类登陆和定居月球。中国实施月球探测计划,将分4个阶段来实现:第一步是研制和发射月球轨道器、软着陆月球登陆器和月球车,第二步实现取样返回,第三步实施载人登月计划,第四步的任务是人类在月球上定居。定居月球既是人类探月计划的最后阶段,也是人类开发和利用月球资源,并以月球为基地进行深空探测的基础。因此,探月的最终目标是与“嫦娥”为邻。

淘金月球

虽然美国官方对月球不感兴趣,但美国民间则有人兴趣颇浓,把月球探测看成是一个有利可图的市场,想在“嫦娥”身上赚一把。

美国加州的TransOrbital公司是美国首家得到美国国务院和国家大气海洋局的首肯,可以向月球发射商业飞船的私人公司。今年11月,该公司将使用改装的俄罗斯SS-18弹道导弹,在哈萨克斯坦境内的科拜努尔航天基地,发射升空价值2000万美元、重110千克、携带两部照相机的月球探测器,在太空中停留90天,其中一部照相机将拍摄分辨率为1公尺的照片——分辨率比普通的高出一个数量级,另一个则拍摄连续的月面电影。该公司主席认为教师、广告商、电影制片人、电子游戏开发商将会需要这些高质量的月球照片。

同时这个探测器还会释放一个硬着陆舱,其中将装有从名片到骨灰等各式各样的东西,这是该公司提供的另一项服务。TransOrbital公司的此次月球飞行,将揭开一场商业化空间飞行热潮的序幕。

美国弗吉尼亚的月球公司(LunaCorp.),则计划发射一个重约200千克、耗资2000-3000万美元的月球绘图及通信卫星,将由航天飞机分散发射至国际空间站组装,希望NASA以及其他的宇航局和科学家会购买这颗卫星的服务。

另外,希尔顿国际公司已经宣布将在月球上建立第一家饭店,为此他们已经投资了10多万英镑。

开发前景

月岩中含有大量硅酸盐,可供建造各类建筑。月球上的矿藏铁、钛、铝以及其他地球上缺乏的稀有元素,可以就地开采、冶炼,用来制造各种设备,供空间站使用或运回地球。由于没有大气阻挡,月球上可建立高效率的大型太阳能发电站,为各类开发活动提供充足的能源。

所以月球开发第一步,在技术上应该先建立近地空间站并保证其长期在空间的运转。它的轨道降低后可以再升高.其中的设备用旧了可以更新,燃料也可以不断添加补充。这一空间站可供研究长期失重对人体的影响,试验长期宇宙飞行的技术与设备,并在空间条件下研制新材料。更为重要的是,将可充当月球基地建设和火星载人飞行的中间站。

月球开发计划的第二步,是建立月球基地。首先建立大型太阳能发电站、月球太空港、月球观测室和实验室,以及月球产品加工实验工厂。随后,将陆续建成采用月岩及土壤为原料的氧气提炼厂,以及供天文学和物理学研究用的大型实验设施。大约到2025年时,可望在月球上逐步建成各种无人操作的生产机构,并可定期向地球的同步轨道平台、空间工厂和空间站等提供月球上的产品。届时,月球基地的工作人员,约可达200人。未来的人类将在月面上就地取材进行生产、建设。

月球开发计划的第三步,是把已建立起来的月球基地,作为中转站和补给站,实施载人登火星的宇宙航行壮举。

九天揽月各国争先恐后

寂寞月球点燃开发激情

九天折桂 打破蟾宫冷寂

  今年3月5日,美国航天局的科学家宣布,他们在月球表面发现了水。这个消息立即引起了全世界的关注。

  两个月前,美国于佛罗里达发射了“月球勘探者”号机器人探测器,经过对月球表面7个星期的扫描,该探测器上的中子谱分析器发回

的数据表明,月球陨石坑底部的土质很松,里面有大量的氢,而氢的存在表明干土里有冰碴。

  “月球勘探者”号首席分析家艾伦·宾德博士欣喜若狂地说,“我们找到了水!”他认为,这一发现证实:在过去几十亿年里,冰彗星和冰陨石袭击月球时,把冰留在了月球上。而根据探测器发回的初步数据推断:月球上水的总储量有可能在1100万吨到3.3亿吨之间。

  月球上发现水的意义极其重大。科学家认为,即使月球上水的储量只有3300万吨,也可保证2000人在月球表面上生活100多年。可为人类从月球上继续探索太空提供原料和燃料。而如果从地球向月球运输3300万吨水,至少要耗资60万亿美元。因此,这一发现可能成为人类走向太空的一个新的里程碑。

  月亮是地球唯一的天然卫星,在人类开发外层空间中具有特殊的地位。它不仅是人类探测太阳系和其他星球最理想的跳板和中转基地,

而且还蕴藏着丰富的资源,其表面存在的氦-3是地球上难得的核燃料,若全部开采,可满足全世界几百年甚至上千年的能源需求。此外,月球还是理想的天文、重力波物理和中微子物理等学科的实验和观测地。

  人类一直梦寐以求开发月球。50年代末至70年代初,美、苏曾向月球发射了40多个探测装置。1969年至1972年更是实现了人类登月的壮举,其间先后有12名宇航员登上月球。但自最后一次“阿波罗”载人飞船登月的25年以来,由于月球考察耗费巨大,收效甚微,无论美国还是苏联,对月球的探测基本处于停滞状态。

  各国争先 重掀登月热潮

  “月球勘探者”的新发现重新燃起了各国新的登月热情。

  90年代之后,美国航天局开始重提登月计划,并制定了“更快、更便宜、更好”的新开发政策。此次“月球勘探者”号便是一个成功的例子,这个探测器的造价仅为2000万美元,负责运送它的火箭只有2800万美元。这次行动的全部费用只有6300万美元,远不及当年“阿波罗”计划的一个零头。“月球勘探者”号的成功,使美国重返月球的兴趣进一步大增,被列为美国航天航空局今后的主要目标之一。据报道,美国科学家已经制定了进一步降低费用的计划,打算在2001年,用仅相当于当年登月耗费的1/20的投资完成新的登月行动。

  为了挑战新一轮登月热潮,俄罗斯也制订了第二个月球探测开发计划,并已于去年开始实施。该计划的最终目的是在月球上开采氦-3。这种在地球上极为贫乏的核燃料,只需几十吨就能满足全球一年的能源需求,比在地球上开发石油和天然气的成本还要低。尽管目前俄罗斯经济比较困难,但俄联邦政府还是从去年就开始对这项计划拨款。俄将分三阶段来实施该计划,并准备在2010年以后建立月球基地,研究月球采矿工艺。“月球上有水”的消息对他们无疑是一个极大的鼓舞。

  资源匮乏的日本近年来一直急欲在宇宙空间占有一席之地,在此次月球开发热中自然不甘落后。日本宇航局已计划在50年内实现月球采矿,准备于2003年先向月球发射一个机器人,收集矿物分布数据。于2010年左右在月球建立永久性空间站,并派人驻扎进行开发研究。日本的一些大型民营企业,如日产汽车公司、清水建筑公司等也在积极参与和推动这项计划。清水建筑公司甚至已构想出拟在21世纪建造的“太空旅馆”的模型,力争到时能够抓住做月球旅游生意的先机。

  欧洲航天局早在1994年就制定了“欧洲月球2000”计划,其目标是要在月球上进行基础设施建设,开发和利用月球资源。计划原定于2000年用阿丽亚娜5型火箭把“月球之星”探测卫星送入月球轨道,来自欧航局成员国的50名科学家和工程师目前正在设计和制造这颗卫星,卫星将对计划于2001年登月的“欧洲月球登陆者”飞船的着陆区域进行详细考察并绘制“月”图。毫无疑问,“月球勘探者”的最新发现将促使欧洲航天局加紧实施“欧洲月球2000”计划。

  竞争难免 期盼联合开发

  很明显,“月球上有水”这一新发现必将促使各国重新调整今后20年的航天计划,促进各国政府和航天机构进一步支持月球开发计划。

  有舆论认为,美国发射“月球勘探者”引发的月球开发热,实际是新一轮大国瓜分月球资源竞争的开始。但这一次的竞争已不仅是在美苏之间,日本、欧洲及更多的国家将参与其间。

  但更多的人认为,同时也是期盼,在未来外层空间的开发中,全人类的合作将会成为主流。实际在90年代之后,人类对月球的勘测与开发已经反映出这一趋势。

  冷战期间,美、苏太空争夺十分激烈,达到剑拔弩张的地步。为了压倒对手,双方都拟有庞大的航天计划,但皆因耗资巨大、力不从心而未能实施。比如,1984年,由美国倡议,欧洲航天局、加拿大、日本等发达国家参加,计划到90年代中建立一个百吨级的“国际空间站”。就是因为规模太大、耗资太多,致使方案屡改,迟迟不能兑现。

  冷战结束后,白宫责成美国宇航局与俄罗斯合作,并于1993年接纳俄加入“国际空间站”计划。航天实力雄厚的俄罗斯加盟,为国际空间站计划注入了新的活力。这项计划现已成为以美俄为主要合伙人的大型国际航天合作工程,参加这个计划的还有加拿大、法国、德国、英国、日本、巴西等十多个国家。该计划预定于今年正式开工。据科学家分析,月球上有水的新发现很可能会加快国际空间站的建设步伐,而国际空间站建成后,把月球建成太空探索基地将变得更为顺理成章。

  美俄新的航天合作当然有双方自身利益的驱动。美国看重俄罗斯的航天技术,而俄国急于为其规模日益缩小,跋涉愈发艰难的航天业“找到出路”。但更重要和更现实的因素是,在即将到来的21世纪,人类不但将重返月球,而且要向远在数亿公里以外的火星进军,以缓解全球性的人口爆炸和能源短缺的危机。而这类世界性的大规模航天工程,没有国际合作是办不成的。在浩瀚无垠的茫茫宇宙间,地球不过是一个小小的孤岛,人类唯有同舟共济,从全球的共同利益出发,携手解决面临的重大问题,不断开拓新的生存空间,才能繁衍和发展。

图为日本一公司设计的未来月球城的模型。

月球开发路有多长

  2002年,日本将发射“月球”- A探月器,它进入月球轨道后将向月面投放3个研究月震的穿透器。资源匮乏的日本一直急欲在月球开发方面占有一席之地。它还拟于2003年向月球发射一个机器人,收集矿物分布数据;2010年前后在月球建立永久性工作站;此后实现月球采矿。

  美国1994年恢复探月。那年升空的“克莱门汀”-1初次发现月球上有水冰。但该探测器的主要任务是试验“星球大战”计划中研制的仪器。所以1998年1月6日发射的“月球勘探者”才算是美国“阿波罗”登月计划后的第一个月球探测器。它载有5种仪器,其中中子光谱仪用于探测氢,从而证实月面上是否有水,结果大获成功。这极大地激发了人类重返月球的兴趣,因为水可用于满足未来载人登月的生活需要,栽种农作物,还能分解出氢和氧,为空间探测器提供燃料,从而大大延长它们的使用寿命。它将使开发月球和行星探测变得更为容易。

  美国的长远计划是在21世纪初让航天员重返月球,建立适合居住的前哨站,在月面安装科学仪器和取氧装置。2010年以后将建立月球基地。

  俄罗斯也制订了第二个月球探测计划,并于1997年底开始实施。计划的最终目标是提取月球上的氦-3,以满足能源需要。它分三个阶段进行:1997-2001年发射几个探测器,建立月球探测网,全面绘制月球图;2001-2010年发射月球车,采集月岩标本运回地球分析,以确定其中的矿物含量和矿藏所在地;2010年后建立月球基地,研究采矿工艺。

  欧空局早在1994年就开始制定“欧月2000计划”,目的是在月球上进行基础设施建设,开发和利用月球资源。该局1998年宣布,欧洲将于2001年发射一颗微型月球卫星,主要任务是为之后在月面着陆的登月舱绘制着陆区的精确“地图”。登月舱预定着陆点位于“月球勘探者”发现的月球南极水源分布区附近,极有利于建立未来的月球探测科研站。欧洲还想在2030年将航天员送上月球。

  印度空间研究组织(ISRO)2000年3月宣布,一旦印度确定了有关的科学目标,将自力更生地发射月球探测器。这项计划拟在2008年实施,如获成功,印度将成为又一个拥有月球探测器的国家,这将使印度在国际航天领域中的地位大大提高ISRO已结合有关建议,列出了几个印度月球探测计划中可能进行的科学研究项目,其中包括:广泛调查月球附近粒子及辐射环境,通过γ射线光谱测定法了解稀有元素的分布状况;详细地研究月球表面成分和岩石分类;月球表面彗星星尘的研究和分析;详尽的高分辨率立体图像测绘等。尽管如此,ISRO内部也有人对月球探测计划持慎重态度,因为印度现在还依赖于俄罗斯提供的低温燃料发动机,从目前情况来看,要使自己研制的发动机达到完全成熟的地步,还要付出艰苦的努力。因此,已经走在世界卫星遥感技术前列的印度,在实施月球探测计划的过程中,可能还有很长一段路要走。

 人类将于2010年建立月球永久居住地

    夜色降临,悬挂在天际边的一轮明月总是勾起人们无限的遐想。重返月球,已成为从20世纪末起奏响的空间科学主旋律之一。

    人类对月球的科学探测和研究始于20世纪50年代。自1959年始,美国和原苏联展开了以月球探测为中心的空间科学与技术的激烈竞赛,至1976年,发射成功的月球探测器总共有43颗。1969年7月,阿波罗11号实现了人类登月的梦想,在月球探测方面取得了划时代的成果。

    尽管人类“目光”所及已经达到120亿光年的宇宙深处,尽管航天器已登陆火星,但月球仍是人类开展空间探测的首选目标,因为这颗距离地球最近的天体具有可供人类开发利用的独特资源,也是人类向外层空间发展的良好基地和前哨站。因此美国于1986年提出重返月球,建立月球基地的设想,并于1994年和1998年分别发射了两艘探测器,奏响了人类重返月球、建立月球基地的序曲。

     据悉,根据重返月球的计划,人类将于2005年在月球建立月面前哨站,2010年建立设备齐全的永久性居住地,2020年兴建实验工厂、农场等。和首次登月不同,人类这次将要在月球上长期呆下去。

    “在众多的应用项目中,有望形成产业的至少有两方面,一是月球能源的利用,二是月球矿产资源的利用。”中国科学院空间科学与应用研究中心姜景山研究员在此间举行的中国工业高科技论坛上说。

    专家同时指出,月球探测是先进科学和技术的综合与创新,是一个国家综合国力和科技水平最有显示度的项目。月球探测的实施,不仅可以促进一系列基础科学和高科技的发展,还将有助于我国参与月球能源和资源的开发与利用,使我国科技和综合国力上一个台阶。据悉,美国、欧洲和日本等都在积极进行月球探测。