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在月球熔岩管内建造基地最新研究提供可行性方案

2023-01-08
来源:科技日报

据中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁透露,我国将在2028年左右建成月球科研站基本型。这一消息让不少网友激动不已。

近日,科技日报记者从重庆大学获悉,《空间科学与技术(英文)》期刊刊发了重庆大学先进技术研究院院长、教育部深空探测联合研究中心常务副主任谢更新团队与北京空间机电研究所研究员果琳丽的联合研究文章,该文章探讨了将月球熔岩管用于人类居住的可行性,并提出利用地球溶洞模拟地外熔岩管的方案设想,这一方案可行性得到国际认可,并将选择重庆的喀斯特溶洞作为模拟场地,开展相关研究和试验。

“人类想在地外星球上长期生存,就必须建立一个安全、稳定、低功耗、可长期使用的居住地。”谢更新表示,月球熔岩管是近年来发现的一类特殊月球地质结构,是火山活动在月球形成的空心管状洞穴。由于月球熔岩管有坚硬的玄武岩顶,其内部环境因素,如温度、辐射剂量和陨石撞击概率等都相对稳定。因此,理论上月球熔岩管可以为人类在月球的长期居住提供理想的栖息地。

根据上述研究文章,研究人员对利用月球熔岩管建立月球基地的合理性进行了论证。在月球基地能耗估算上,有人月球基地运行中涉及的封闭系统需要的外部能量主要用于维持人类呼吸、植物光合作用和控制内部温度。特别是由于月球表面的昼夜温差可以达到300摄氏度以上,因此在月表建立基地将消耗巨大的能源。而研究表明,在面积约8000平方米、高度约50米的半圆形隧道洞穴中,要保证一个可容纳8名航天员的月球基地维持正常运转所需的最低能耗约为145.5千瓦。“这一能耗大大低于在月面建设基地。”谢更新表示,从能耗上估算,月球熔岩管是建立月球基地的最佳选址地。

在安全性方面,相比月球表面,月球熔岩管所受辐射小且极端条件较少,这些优点使其更适合建立月球基地。研究显示,月表6米以下的熔岩管基本上免于宇宙射线和太阳辐射的影响;在地下1米以内的深度,太阳耀斑和太阳粒子事件基本不会影响到月球熔岩管的内部环境。

同时,月球熔岩管还可免受陨石击穿风险。并且因为月球熔岩管位于月表之下,能够很好地抵御月球尘埃。这些由月球表面的小碎片在太阳风的作用下形成的带电尘埃,可以吸附在航天服以及任何设备上,且具有研磨性,对人和设备的危害非常大。

此外,月球熔岩管在月球上的长期存在也证明了其结构足够稳定,可以承受月震的影响,和在月球表面建造基地相比,月球熔岩管具有明显优势。

“截至目前,月球探测活动已发现月球上有300多个洞穴入口——‘天窗’。”谢更新表示,“天窗”是由活动熔岩管坍塌而形成的坑,这300多个“天窗”,可以作为天然的月球基地备选地。

在充分论证了月球熔岩管内建造月球基地的可行性后,研究团队将在重庆利用溶洞模拟月球熔岩管进行验证研究。

“地球溶洞在内部结构、自然环境和隔绝外界环境3个方面,可以很好地模拟月球熔岩管的情况。”谢更新表示,虽然地球溶洞和月球熔岩管的形成机制和环境均不相同,但其大小相似,都是弯曲的半圆形洞穴,地球溶洞提供的空间可以满足现阶段的研究需求。此外,地球溶洞和月球熔岩管的环境都相对温和,酸碱度都为弱碱性,空气质量上也都受外界影响较少,内部环境也极少受到外界环境影响。

据了解,研究团队计划利用重庆的喀斯特地貌,寻找合适的溶洞,利用溶洞模拟地外天体熔岩管的内部环境,通过封闭溶洞实现与外部环境的完全隔离。溶洞实验包括洞室自动施工技术和就地利用技术以及人工生态系统实验。采用导光管将阳光引入生态实验室,为作物生长提供阳光,并开发自动能源控制系统。

“在溶洞内建设月球基地,还需要突破如何将大的建筑体密封以及如何远程操控机器建造两大难题。”谢更新表示这也是研究的重点,他们将围绕密封、自动建造技术和地下通信、生态系统循环、人机环工效等问题进行研究,将利用“嫦娥四号”成功在月面首次构建微型生态系统、开展生物实验并培育出人类月球第一片绿叶的技术和经验基础,为在月球熔岩管内建造人类基地提供具有可操作性的方案。



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