人类探测月球的目的有哪些

【专家解说】：月球有丰富的矿藏，据介绍，月球上稀有金属的储藏量比地球还多。月球上的岩石主要有三种类型，第一种是富含铁、钛的月海玄武岩;第二种是斜长岩，富含钾、稀土和磷等，主要分布在月球高地;第三种主要是由0.1~1毫米的岩屑颗粒组成的角砾岩。月球岩石中含有地球中全部元素和60种左右的矿物，其中6种矿物是地球没有的。 科学家指出，要开发月球必须对月球进行全面的探测，了解月球的资源，并逐步对资源进行开发。月球的矿产资源极为丰富，地球上最常见的17种元素，在月球上比比皆是。以铁为例，仅月面表层5厘米厚的沙土就含有上亿吨铁，而整个月球表面平均有10米厚的沙土。月球表层的铁不仅异常丰富，而且便于开采和冶炼。据悉，月球上的铁主要是氧化铁，只要把氧和铁分开就行;此外，科学家已研究出利用月球土壤和岩石制造水泥和玻璃的办法。在月球表层，铝的含量也十分丰富。 月球土壤中还含有丰富的氦3，利用氘和氦3进行的氦聚变可作为核电站的能源，这种聚变不产生中子，安全无污染，是容易控制的核聚变，不仅可用于地面核电站，而且特别适合宇宙航行。据悉，月球土壤中氦3的含量估计为715000吨。从月球土壤中每提取一吨氦3，可得到6300吨氢、70吨氮和1600吨碳。从目前的分析看，由于月球的氦3蕴藏量大，对于未来能源比较紧缺的地球来说，无疑是雪中送炭。许多航天大国已将获取氦3作为开发月球的重要目标之一。 1998年3月5日，美国航天局向全球发布了一条特大新闻:“月球勘探者”号探测器发 现月球两极存在大量液态水，其储量约为0.1亿吨-3亿吨，它们分布在月球北极近5万平 方公里和南极近2万平方公里的范围内。如果月球陨石坑底部土壤水层非常深厚，那么月 球上的水资源储量最终有可能达到13亿吨。 月球上的水资源首次被证实，这一振奋人心的消息使科学家欣喜若狂，在全世界亦产 生强烈反响，因为这一发现对于人类在下个世纪建立永久性月球基地具有里程碑式的重大 意义。 科学家们认为，月球上存在的水资源可能是人类在太阳系中拥有的最宝贵的“不动产”。 即使月球水的储量只有3300万吨，也足以保证2000人在月球上生活100多年，而且从月球 的土壤中提取水是一个“简单”的过程，将混有冰的泥土收集起来加热，使冰融化后便可 得到水。据估计，现在找到的这些冰水可以填满一个深11米，面积10平方公里的湖泊。月 球水是生命之源，它不仅能供给宇航员饮用和生活之用，使他们在月球上的持续停留时间 更长，还可以在太空栽培农作物或喂养动物;水又是一种动力源，可以分解为氢和氧，为 行星探测飞船提供燃料，大大延长飞船的使用寿命，有了水，科学家可以方便地开发月球 上的各种自然资源，还可以把月球当作探测宇宙空间的前哨基地;水对于研究月球的成因 和性质也有相当重要的意义。 当然，开发月球上的水资源并非易事，因为月球上的冰块并非集中在某一个冰冻层， 大量的冰同岩石，尘土混杂在一起，估计其含量仅占0.3%-1%。此外，由于月球陨石坑 一直不见天日，坑内混度太代，需要能在月球两极-230℃起低温下工作的机器，但制造这 样的机器极为困难。 尽管如此，既然月球有水，那么人类重返月球，建立月球基地，开发月球资源的日子 将成为21世纪科技的目标。此外，月球水资源的开发和利用也将使太空旅游由理想变成现 实。 人类在月面上进行科学探测与研究活动，开发利用月球资源，建立永久性月球基地是十分必要的。至于月球基地建设和月面活动方案，已有很多建议，由于目的不同及建议者不同，因而各种提案有着很大的差别。但只要我们从总体的构思上对这些提案进行剖析，都离不开下列几个发展阶段。 ①基地建设准备阶段:对地形及资源的调查; ②建设前哨基地:在月面临时居住，向下一阶段过渡的准备作业; ③建立月球生产基地:月面上长住，生产活动开始; ④发展中的月球基地:生产活动进入正常化阶段; ⑤成熟的月球基地(即永久性月球基地):建立各种产业，经济独立化。 月球前哨基地的建设，意味着人类已跨入月球基地建设的第二阶段。应该说，这时的人类开发月球活动，还仅仅是一个开端。年轻的科学家们将奔赴月球前哨基地，到第一线去参加实际考察，希望能够掌握更多的第一手资料，为开发月球、建设月球献出美好的青春。年富力强的实业家们，被月球上丰富的资源所吸引，他们将开辟新的战场，到月球上去开矿、建厂、创业，加快月球资源利用的步伐，在月球上大展宏图。 这里必须强调的是，当大批人马进入月球基地，转入月球生产基地建设阶段时，需要解决的问题比前哨基地建设复杂得多、困难得多。这是因为人员增多，需要就地建设住宅，再依靠着陆器上航天员住宅远远不能满足要求。而月面是真空的，表面温度从-170℃至+130℃之间发生变化，温差极大。此外，还需经受宇宙射线和微小陨石骚扰等危险环境的考验。为了使航天员能长期生活在这样严峻的自然环境中，基地的各种建筑物的结构必需具有高度的气密性、绝热性、抗辐射性等。科学家们为此已勾画出月球生产基地的基本轮廓，提出了月球上工农业生产、科研的布局，供给设计师们作为建筑设计的依据。 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所必须的原材料，重点放在制氧、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℃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，提取出铁钛氧化物，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℃的温度下通入氯气，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℃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℃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，通过各个面既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，尤其是氦-3，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，月球上氦-3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，从月球的矿石中提取的氦-3，足以满足整个地球400年能源的需要。经测算，建设一个500兆瓦的氘-氦-3核聚变电站，每年约需50千克的氦-3，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。而且它不含放射性物质并能产生更多的能量，用氦-3为原料，核反应堆成本将降低一半。仅开发氦-3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它行星进军的中转站。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和深远的影响。