重点国家及地区月球基地建设计划

云脑智库 2022-08-13 00:00






前言:距离人类登陆月球已过去了50多年,这些年人类一直没有停止对月球的探索。月球基地是指人类在月球上建立的生活与工作区域。建立月球基地,能使人类更好的开展科学探测活动,进一步开发月球资源,帮助人类了解如何更快速的适应太空环境。对此,各国均制定了各自的月球基地计划,都希望在月球探索与开发过程中抢占先机。



美国

众所周知,美国在探月领域发展最为先进,其在1969年就实现了载人登月任务——阿波罗计划(Apollo program)。50年后,NASA又提出了“阿尔特弥斯”计划(Artemis program),旨在将人类送上月球,并建立月球基地,进一步完成月球资源的开发与探索。

在“阿尔特弥斯”计划中,NASA针对月球基地任务采用了3D打印技术。2022年7月15日,NASA宣布与美国太空工厂(AI Space Factory)合作完成该模块任务。在该任务中,AI Space Factory将用3D打印技术创建一个名为LINA的基地,为宇航员和机器人提供生活和工作的场地。

这个月球基地将配套探测车车库、电信设备、居住模块以及一颗光伏树等设施,旨在保护宇航员免受辐射、月球地震、极端热变化以及陨石的影响。

LINA基地结构

LINA基地将由自主机器人建造,由三个单元组成,每个单元75平方米,由一个90平方米的公共庭院隔开。LINA基地计划位于月球南极建造,该地区太阳辐射是恒定的,附近有一个火山口,其内部阴凉的地方可以收集冰块。

LINA基地选址(红框区)

该基地的预期寿命至少为50年,并可防止太阳和宇宙辐射。此外,它将被覆盖的月球风化层将防止微陨石、月球地震、辐射和极端热场。第一个原型机正在肯尼迪航天中心制造,并模拟出月球环境进行测试,使温度范围控制在-170ºC至70ºC。AI Space Factor用于建造这个3D打印的月球基地的材料是由NASA的颗粒力学和风化层操作实验室合成的,该材料在真空中通过了静态挤压测试。

NASA预计在2028年执行此项任务,他们希望这个项目可以整合最新的科学、技术成果,以建立常态化的月球基地,实现人类长时间在太空活动的可能,并为人类登录火星做准备。

俄罗斯

俄罗斯与中国在2021年制定了月球探索路线图,其中分为三个主要阶段:

第一阶段为2021-2026年,主要负责侦查与探测;

第二阶段为2026-2035年,主要进行测试与放置月球基地建造所需的元素;

第三阶段为2036年后,主要进行月球基地的搭建任务。

其中,俄罗斯与中国计划在月球表面建造五个结构:一个结构用于资源提取,其余的结构负责供电。该计划还邀请沙特阿拉伯、泰国和欧空局等国际合作伙伴参与。但欧洲于2022年俄乌冲突后宣布退出此项计划。

目前,第一阶段的俄罗斯月球-25(Luna 25)探测器原计划于2022年9月发射,但2022年7月19日报道称,在近期测试过程中,该探测器的软着陆装置未能满足要求导致发射日期延后,预计不早于2023年发射。

月球-25(Luna 25)探测器

欧洲

紧随美俄两国其后,欧空局也正在筹备其“月球村”(Moon Village)计划。“月球村”旨在建造月球表面的第一个永久性人类住区。

“月球村”将分阶段建造。首先需满足宇航员的生活与居住;然后,为了支持探测与进一步建造,逐渐投入更多的基础设施和设备。“月球村”预计选址在靠近月球南极的沙克尔顿陨石坑边缘,该地区自然资源丰富并且接受日照稳定。

“月球村”的生活舱是充气加压的模块,包含生活区、工作区、气候控制区与生命支持系统。这些模块会发生膨胀,创造额外的生活空间,高度在三到四层之间。每个都有外壳保护,可以承受高温、子弹、灰尘和阳光。生活舱一旦在月球表面膨胀,它的初始内部体积就会增加一倍,且内部设有能使宇航员适应月球低重力的抓握杆与其他简单的辅助工具。

“月球村”生活舱结构图

澳大利亚

随着太空探索变得越来越普遍化,澳大利亚3D打印建筑公司Luyten最近也意图参与月球基地建造,并将其称为Meeka计划。

Luyten创造了一种足够轻巧的3D打印机,以满足太空需求,因此可以以合理的成本将其送至月球,并用于使用月球材料建造月球基地。

Meeka计划的核心是利用月球风化层制造建筑材料:一旦在月球降落后,一队配备探地雷达的漫游车将分散在先前确定的潜在施工区域。一旦确认这些区域具有足够的强度和稳定性,挖掘机将从地表收集月球风化层并将其沉积在水库中。之后,这些材料将按尺寸与成分进行分类,因为只有超细颗粒才适合制造建筑。分类完成后,将使用集中的微波进行烧结以便最后的打印工作。

Meeka计划概念

为了测试该计划,Luyten使用模拟月球风化层的材料完成了测试打印任务。这种硅酸盐含量高的材料研制基于先前收集的月球风化层样品。该测试是计划成功的第一步,后续将进行更多测试,以继续开发将材料绑定成可打印形式的新方法。

Meeka计划使用了名为Platypus Galacticas的打印机,该可以折叠成一个3m×4m的小型轻巧有效载荷。它可以在月球上展开一次,使其结构尺寸扩展成9m×12m。该打印机设计紧凑,使用了轻质复合材料,使其成为太空运输目的的理想选择。

小结

月球是距离地球最近的太空基地,人类在3天内就能够到达,此外,地月通信近乎实时,方便人类进行常规交流与探测活动。在月球上设立基地,方便人类更好的开展科学研究活动,并未后续的深空探索与移民做足准备。

主要参考资料


[1]Moon Village, The First Self-Sufficient Lunar Masterplan By SOM and ESA.

[2]NASA’s Artemis Project Will Include a 3D Printed Lunar Bunker.

[3]Constructing the first lunar base with space-ready 3D concrete printers.

[4]Russia's Luna 25 Launch Likely To Be Postponed To 2023 After ESA's Boycott: Report.

[5]Where will NASA set up its moon base?

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