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第14章 摇神秘的月球(6)

科学家很早就开展月球表土提取氧的方法研究,他们利用“阿波罗”飞船取回的月球沙土进行实验,在1000益的高温下,将月沙中的钛铁矿和氢接触生成水,再将水通过电解提取氧。研究表明,提取1吨氧,约需70吨的月球表土。考虑到在月球上生产的特殊情况,建议在月球基地建设的同时,应考虑配备一套小型的化学处理设备,利用太阳能作动力,每天大约可制备出100千克的液氧。具体工艺流程是利用月球岩石在高温下与甲烷发生反应,生成一氧化碳和氢。在温度较低的第二个反应器中,一氧化碳再与更多的氢发生反应,还原成甲烷和水。然后使水冷凝,再电解成氢和氧,把氧储存起来供使用,而氢则送入系统中再循环使用。据预测,月球制氧设备,最初是为给月面上航天员提供氧气之用,但他们需要的氧气并不多,一个12人规模的基地,每月也只需要350千克氧气。而一套制氧设备连续工作后,可生产出相当数量的氧气。因此,在月球基地建设时,应同时建造一个永久性的液氧库,以便供给航天器作为低温推进剂燃料使用。

十分有意义的是,在制氧过程中经过化学处理后得到的“矿渣”,却成了上等的副产品。这是因为它含有丰富的游离态硅和可供”炼的金属氧化物,只要采用适当的工业方法便可继续”炼,炼制出工业上极有使用价值的金属钛。

科学家们提出的制钛工艺流程是将“矿渣”通过机械粉碎、磁选,提取出铁钛氧化物,在1273益高温下加氢处理,生成氧化钛,再以硫酸置换出其中的铁,接着和碳混合,在700益的温度下通入氯气,经过化学反应后生成四氯化钛,然后在2000益高温下加热,投入镁以便脱出氯,最终得到熔融态的钛。

铝的精制方法更为新颖,月面上的铝是由称之为斜长石的复杂结构所组成,倘若用常规精炼方法制铝,在月面上很难获得成功。科学家们经过反复试验与研究,提出了一套炼铝的新的工艺。具体做法是将月岩粉碎,在1700益下加热熔化,然后在水中冷却至100益制成多质的球,再经粉碎,在其中加入100益的硫酸,即可浸出铝。用离心分离法和过滤法除去硅化物后,再将它在900益的温度下进行热解反应,得到氧化铝和硫酸钠的混合物。随后洗去硫酸钠并进行干燥,再与碳混合加热的同时,加入氯气与之进行反应,生成了氯化铝,经电解,获得最终产品——纯铝。

建筑业离不开玻璃,因此在月面上生产玻璃显得尤为重要。通常的玻璃是由71%~73%的氧化硅,12%~14%的碳酸钠,12%~14%的氧化钙组成。月球土壤中含有40%~50%的氧化硅,在月面上制造玻璃是以硅玻璃为主。其精制方法较为简单,即在月球土壤中根据需要加入各种微量添加物,用硫酸溶解出一些无用的成分之后,在1500~1700益下熔化,然后经压延冷却,即可制成月球玻璃。

随着月球资源开发取得相当惊人的成果,试生产阶段已告一段落,小型试生产的产品已远远不能满足需求,需要进一步扩大再生产,使月球生产活动逐步走向批量化生产。与此同时,由于进入月球参加开发的人员增多,所建月球基地已显得拥挤不堪,需要完成改建、扩建基地工程,这无疑需要大量的建筑材料,尤以对混凝土的用量为最大。值得庆幸的是,制造混凝土所需的沙土、石子、水泥,都可以就地取材。混凝土结构具有成本低、易于成型、抗辐照等优点,是建设月球基地最有希望的建筑材料。新型月球基地,可根据设计采用混凝土预制的舱体来建造。当然,被采用的月球混凝土构件的形式是很多的。

这里介绍一种通用舱段为六棱柱形的,先用混凝土制成框架和壁板,然后装配成形。这种形式的舱体的最大优点是非常灵活,由于它是六角形体,通过各个面即可向平行方向辐射扩展,亦可向垂直方向(向上)扩展,墙壁、天花板、地板,随时都可拆卸,也可根据需要再组合拼接,扩建基地,调整空间。

最后将套在它里面的圆筒式的增压舱体连接起来,便构成了一个组装式的月球基地。

人们到月球上建设基地,除了开发资源发展生产外,最终目标还是想把月球扩建成移民区,让更多的人到月球上观光、游览,或者带着全家老小移居到月球上,做一名月球人。这样一来,其建设规模更加庞大,需要的建筑材料更多,并要求寻找一种更为简便的施工方法。一些科学家提出,在南极洲应用的一种称为“挖掘—装填”的建造技术,也完全适用于月球。推土机将在月球表面的松软岩层或“浮土”中挖出一条壕沟,再把一节节的圆筒式增压舱装入沟中,连接紧固后,在它上面覆盖很厚的一层月球岩土,即可耐热、绝热、保温,又可防止辐照。科学家们已设计出一个月面研究实验基地,主要任务是进行月面上的天文观测、地貌地质调查、矿产资源勘查等。其设计规模可容纳60名航天员,能提供居住6个月以上的能源及生活必需品。

月面研究实验基地,以球形舱和圆筒形舱构成环状体,分为工作区和生活区两大部分。工作区由研究实验舱、工业生产舱、农作物种植舱、生态环境生命保障舱、管理舱、能源舱、物资供给舱、航天港等组成。其中农作物种植舱除生产农作物外,还饲养鸡、羊、兔、鱼等动物,培植藻类、蕨类植物以及水果蔬菜等。生态环境生命保障舱内配备有气体净化处理、水处理、排泄物处理设施。而能源舱主要是太阳能发电设备,在舱外平地上安放了大面积的太阳能电池阵。航天港离研究实验基地稍远一些,它是用来接待和发射月球飞船的场所。进入生活区,则是另一番天地,这里环境优美,人生活在里面感到安逸、快乐,能洗去一天的工作疲劳。生活区内有公共场所、住宅以及生活配套设施。

公共场所供航天员之间交流情感、谈天说地、互换信息、餐饮、聚会、娱乐等,航天员在柔美的乐曲声中翩翩起舞,或在影像画面中开怀畅饮,得到足够的休息。天花板和墙整体漆成白色,使人感到明快、舒适。个人住宅,为航天员个人睡眠、看书报和娱乐的空间,以蓝色和绿色这些冷色为基调,使内部装饰得较为柔和,照明布置使空间富有立体感,生活在这样的环境里,感到很幽静,容易入睡。生活配套设施有健身房、医疗保健所等。

究竟要建成什么样的月球基地,这是众多人关心的问题。一些能源科学家建议,月球上蕴藏着大量的硅、铁、铝、钛、钙、氧等元素,而这些元素地球上的已足够供人类使用,开采它们还算不上当务之急。只有氦在地球上是绝无仅有的,尤其是3氦,它是地球上没有的能源,储量相当丰富,是未来核聚变反应堆的理想燃料,因此,应优先开发建立月球能源基地。另一些能源专家则指出,还应重点建设月球太阳能发电基地。其实二者并不矛盾,这足以说明解决地球未来能源短缺问题已迫在眉睫。

由于月球和地球有着类似的地质特征,都蕴藏着丰富的核资源和建设核电站所需的原材料,因此,很适合在月球上建造核电站。在地球进行核发电时要使用涡轮和水,而在月球上,通过采用热离子和温差发电机等高效复合能量转换系统,便可直接将核能转变为电能。设想中的月球核能源基地,将包括核燃料供应厂、核发电设施和输电设施。月球上的电力,通过高传输效率的短波长激光束,也就是紫外线区的激光,输送到静止轨道上的能量中继卫星,在中继卫星上,电能被转换成在空气中具有高传输效率波长的激光,然后再传送到位于地球上的接收站。由接收站再将能量分配到各个区去供用户使用。

月球核能源基地,通常建造在月球的两极地区,因为极地是向地球进行能源传输的最佳场地。月球核能源基地一旦建成,转入稳定运行后,将全部由机器人操作控制、维护与修理,绝对不会对人类造成污染威胁。为了建立月球核能源基地,有许多工程技术问题,有待人们尽快研究解决,例如超高效能量转换系统、空间用核反应堆、空间机器人、大功率输出的高效激光生成设备、接收设备、激光传输的安全技术等。正如前面所述,月球上3氦不仅储量多,而且是一种洁净的核能源,这对于净化地球环境十分有利,对人类来说颇具吸引力。如果将它从月球上开采出来运至地球,供人类享用,无疑使人类获益匪浅。

据预测,能从月球的矿石中提取的3氦,足以满足整个地球400年能源的需要。

经测算,建设一个500兆瓦的3氦核聚变电站,每年约需50千克的3氦,也就是说,每年只要在月面上挖一个面积1.5平方千米,深3米的坑即可满足。而且它不含放射性物质并能产生更多的能量,用3氦为原料,核反应堆成本将降低一半。仅开发3氦月球资源这一点,人们就足以理解重返月球的深远社会与经济意义了。

总之,月球基地将成为人类生存延伸到地球以外星球的开端,是人类空间的第一移民区,并且也是人类向太阳系其他行星进军的中转站。月球基地的建设是一场新的技术革命,必将对世界的文化、经济、社会、科技等各个领域产生重大深远的影响。