书城童书《太空宇航知识篇》(一)
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第16章 攀登月球(14)

按1984年货币值计算,该基地的建立约需资金500~900亿美元,要用25年时间才能完成。这比用11年登上月球还多14午。白宫和航宇局支持并重视这次专家座谈会,期望专家们为美国重返月球提供需要的科学技术资料。航宁局局长贝格斯在座谈会上首先发言:“我深信今后25年内美国人将能回到月球上去,建立一个永久基地。它将成为开发含氧月岩工厂,并成为飞向太阳系内其他行星和天体的跳板,如火星及近地球小行星。”他又说:“空间站将是飞向月球的中途站。”总统科学顾问基沃斯讲:“空间站将是建立月球基地的一个中间转运站。月球基地是一个大胆设想,振奋人心的目标之一。”曾乘“阿波罗-17”宇宙飞船在月面逗留三天的宇航员哈里森·施米特参议员提出21世纪空间活动目标,请政府考虑从月球起飞的一次火星载人旅行。

美国科学家和政府官员相信美国会正式拟定重上月球探索计划。戈达德飞行中心地质学家保罗·洛温谈到,在对月球尚未掌握第一手科学资料时可进行国际合作。他设想由4~6名宇航员乘装备齐全的月行车,横渡月面上的英布伍姆盆地,用3~6个月时间行程4000千米。

宇航员踏上月球后,可一路上勘查地质,设立营地,采集岩石,加以分析;他们将带有高分辨照相机及高灵敏度遥感器;用能钻几百米深的钻探机取样。这就可以获得广泛月面地质结构。另外,还有3名宇航员乘波音公司造的“月球漫游车”做短期月球观光旅游。为实现建立月球基地的设想,首先耗资520亿美元做月球基地侦探,寻找建月球基地点。

座谈会上,科学家们为月球基地建设和利用提出了一些构思,如建立月球天文台。因为地球受其大气和人为无线电波干扰,严重影响光学、远紫外、伽马射线、射电和微波的观测。他们认为月面是几个天文学领域最理想的地方,诸如射电天文学、微波天文学、红外和亚毫米天文学、光学天文学以及宇宙射线观测等。在近地轨道上运行的天文学卫星,包括1990年4月人轨的空间望远镜,因观测仪器的不稳定性,干扰一些掩星和干涉仪的测量,但月球挡住来自地球的射频放射,不受干扰。此外,月球上可建立大型观测阵,以超高分辨率和高灵敏度探测微弱光源。在月球真空环境里能有效地使用天文观测仪器。假若在月面上安放25米光学望远镜,能提供超过空间望远镜100倍的观测面积,分辨率高10倍。总之,月面天文台比天文学卫星和地球天文台具有不可比拟的优越性。

约翰逊空间中心一位专家提出要建立月球基地,首先应解决封闭生命保障系统,这样才能使人长时间停留在片面上,因为月球是极热和极冷(白天120℃,夜间-120℃)的空间环境。他谈到月球生保系统采用超临界水氧化技术。在氧化时,有机物和氧气能游离混合,可使生保系统在月球站设计上予以简化。还有几位科学家提议在月球开辟农场,利用月球含有许多种矿物质的土壤,在加压圆顶罩内种植作物,但需勤日氮。几位工程师赞成用SP~100空间核反应堆作为月球基地电站;有的工程师还谈及科用月面上钛铁矿热还原生产氧,可提供氧气。至于如何建造月球基地,专家们讨论了用月球土壤和水混合,或与其他液体混合构成基地结构混凝土。加利福尼亚设计院的卡里里提出一种新的“岩浆结构”,用聚焦日光熔化月球土壤,生产一种可雕成装置的柔韧材料。会上,专家们也讨论了用“月球灰质粘土结构成形法”。

尽管在座谈会上,科学家们踊跃发表各自对建立月球基地的意见,但若变为现实则需惊人的经费。月球除恶劣的环境外,述有其他不利因素,譬如火箭火焰污染、处处坑洼、易扬起月球尘埃等,这些都会降低天文台观测仪器的灵敏度。月面是由电位能、等离子体以及电场包围的环境。因土壤粒子是带静电的,也可增加月面尘埃积累。为克服这些不利因素,倘需备有控制污染物和监视系统。随着电子人工智能机器人的迅速发展,只要美国肯花这笔巨款,在21世纪初有可能实现在月球上建立基地。但目前,月球基地仍是科学家们脑海里一幅梦幻图画,美国前总统布什在1989年7月20日纪念美国第一个人登上月球加20年大会上提出建立一个永久月球基地,指示国家研究委员会对重返月球和2019年把美国人送上火厘的计划进行研究。美航宇局在布什发出指示后就开始制定力争2001重上月球计划。据初步估计,建立月球基地耗资高达1000亿美元,到2025年利用这个基地费用将达2080亿美元截至1990年8月底,美国外债积累达6000亿美元,到90年代末期可能突破1万亿美元大关。在债台高筑情况下,恐怕布什重返月球计的划可望不可及。

日本月球基地的设想日本在21世纪初,想在月球上建立有10位日本人生活的基地,以进行科学研究和资源勘察旷从2013年起,日本可用3年时间建成可供10人居住的月球基地。基地中心部由三个直径眯、长15米圆柱体形装置组成居住舱。它的总居住面积约为100平方米。如果除去只有地球六分之一的重力外,在基地内可以舒适地生活。需要的能源由功率100瓦的月球原予炉和太阳电池供应。

在进行月球科学研究和资源勘察时,宇航员用推土机型月行车在月面工作。考虑月球上宇航员健康状况,月球绕地球一圈28天,宇航员需要从地球轮换。月球升降飞船在月球轨道上飞行,与来自地球的宇宙飞船对接。月球升降飞船、居住舱以及月球基地设备总重至少为240吨,用运载火箭分19次运到月面上组装。

建立月球基地后,宇航员们不需从地球运去建筑材料,而现场取材。原料棍凝土采用月岩内含有的石灰石,用液氧和液氢造的水与月面沙混合而成。建筑是积木式房屋,由边长3.5米、高5.6米的六角柱混凝土组装成巢式结构基地。用的混凝土要防护来自空间强烈的辐射线。日本川崎重工业公司在真空失重环境下,作了搅拌混凝土实验。在地面真空环境里试验强度不变的组件是成功的。

月球基地不可能很快建造起来。在建基地之前需要用无人探测器先行作深入调查。日本拟90年代末发射一颗绕月极轨道卫星,先用遥感勘察整个月虱、进而发射“钻探机”着陆月面作地质钻探,以了解月面生地质结构,获取详缙资料。到2000年,日本计划发射月球机器人,让机器人在月面上行走,选定月辣基地最适当地点。如果能按计划进行,21世纪用改进型的H-2可能发射第二艘载着日本人的宇宙飞船着陆月球。为此目的,还须专门研制新的宇宙飞行器,往返空间站与月球之间,因此将来把国际自由空间站作为中途转运站。日本建立月球基地需要国际合作,日本在建立未来月球基地时将提供高性能的智能机器人。

月球资源的利用

人们根据月岩样品及大量有关资料的研究与分析,确定了月球优先生产的产品原则,主要是充分利用月球资源,为扩建月球基地而生产必需的原材料,重点是制氧、金属冶炼、建筑材料的制备等。为了实现这一目的,人们已对月球上的加工厂的生产工艺流程及制备方法进行了多方面的详细研究。

科学家很早就开始了月球表面土壤提取氧的方法研究。他们利用“阿波罗”飞船取回的月球沙土进行实验,在1000℃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。考虑到胡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。在温度校诋的第二个反应器中,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,再电解成氧和氢,把氧储存起来供使用,而氢则送人系统中再循环使用。据预测,月球制氧设备,最初是为给月面上的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”,却都成了上等的副产品。这是因为它含有丰富的游离硅和可供冶炼的金属氧化物,只要采用适当的工业方法便可继续冶炼,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,提取出钛氧化物,在1273℃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℃的温度下通人氯气,经过化学反应后生成四氯化钛,然后在2000℃高温下加热,投入镁以便脱氯,最终得到熔融态的钛。

铝的制造方法更为新颖,月面上的铝是由称之为斜长石的复杂结构所组成。科学家经过反复试验与研究,提出了一套炼铝的新工艺。具体做法是:将月岩粉碎,在1700℃下加热熔化,然后在水中冷却至100℃,制成多质的球,再经粉碎,在其中加入100℃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℃的温度下进行热解反应,得到氧化铝和硫酸钠的混化物。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,经过电解,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。通常的玻璃由71%~73%的氧化硅,12%~14%的硫酸钢,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氧化硅为主。其精制方法较为简单,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℃的温度下熔化,然后经过压延冷却,即可制成月球玻璃。

现在月球资源开发利用从研究阶段进已人试生产阶段。试生产阶段规模不大,需要进一步扩大再生产,使月球生产活动逐步走向批量生产的轨道。从上所述,我们可以理解建立月球基地的经济意义。