在月球上建立長期基地需要確保太空人能夠在基地上安全生活和工作，同時還要考慮長期可持續性，這涉及到很多實際問題。
貝索斯提出的月球著陸器。
水的選址
為了在月球上建立乙個長期的載人基地，首先要解決水的問題。 月球表面不是近地軌道，如果地球繼續發射貨運飛船來解決水問題，只能支撐少數人的生活和探索，無法支撐大型基地，不具備應對突發災害的能力。 水迴圈並不是問題的全部，因為在處理過程中總會有損失，最好的方法是在月球上找到乙個可以開採的地方。 問題是，有這樣的地方嗎？
第乙個選擇是位於月球南極艾特肯盆地沙克爾頓隕石坑邊緣的位置。 在2006年12月4日的簡報會上，美國宇航局負責探索系統任務的副主任道格·庫克（Doug Cook）說，該空間的亮度為75%至80%，毗鄰乙個永久陰影區域。 後者保留了一些可以提取和使用的揮發性物質（水冰）。
美國宇航局宣布打算在月球南極或北極建立乙個前哨站，並安排太空人每六個月長期輪班駐紮。 當時，人們認為月球極地地區的隕石坑中有水冰，前哨站可能能夠使用當地收集的水來維持其運作。 前哨站設計包括以下要素：居住模組、太陽能發電機組、非加壓月球車、原位資源利用 （ISRU） 單元、月球表面運輸車。
由民間人士提出。
月球著陸器+月球基地一體化方案。
美國宇航局還提出了另外兩個替代地點，包括月球北極附近的皮爾隕石坑邊緣和馬拉珀特隕石坑邊緣的馬拉珀特山脈。
然而，在月球的極地地區，太陽風的吹動會在隕石坑邊緣的背風側產生電荷。 由此產生的電壓差會影響電氣裝置，改變材料表面化學性質，侵蝕材料表面，並導致月球塵埃懸浮在空氣中。 因此，也有人主張在月球赤道地區建立基地。 在這個位置，太陽風具有更大的入射角，因此氦-3濃度可能更高，可以使用核電站為月球基地供電。 赤道位置也更有利於月球表面的起飛，月球赤道與地球赤道平面，月球繞地球公轉的白色軌道平面基本重合，地月往返的軌道修正相對較小。
當然，將居住模組直接放置在月球表面是最方便的，就像早期的南極研究站一樣。 但月球不受地球大氣層電離層的保護，無論使用什麼材料，暴露在宇宙射線和太陽風下的人造設施都會迅速惡化和失效。 此外，能夠將它們從地球傳送到月球的人造材料的重量和體積是有限的，無法為月球居住模組提供足夠厚的保護。
洞穴和熔岩管
如果月球表面的條件如此惡劣，那麼生活在地下可以嗎？ 月球表面的白天平均溫度（約354小時）約為107°C，最高可達123°C; 晚上的平均溫度（也是 354 小時）在 153°C 左右。 然而，月球內部的溫度和壓力隨著深度的增加而增加，在地下設施中，白天和晚上的溫度約為23°C，並且可以通過電加熱將溫度控制在人類可以舒適地生存的水平。
隱藏在地下的月球基地。
地下月球基地可以有效避免輻射和微流星體，也會大大降低漏氣的風險。 但地下基地的建設可能更複雜。 首先，需要從地下挖掘遙控工程機械。 挖掘完成後，還必須進行某種硬化，以免坍塌。 這種技術已經比較成熟了，可以用類似混凝土的東西噴塗在洞壁上，可以固化保證其堅固，然後噴塗多孔保溫材料，達到密封。 如果在月球上利用當地資源方面取得突破，這些材料也可以在現場製造。 有學者建議使用“即用型”機器，以便在施工完成時實現洞內壁的玻璃化。 還有人建議，可以使用諸如地球上礦井中的礦房和柱子之類的方法。 首先挖乙個比較大的洞穴，然後在洞穴中設定乙個柔軟的充氣密封住宅艙。 這樣，即使洞穴內有少量漏氣，居住室內的氣壓和溫度也是正常的。 這樣，就有可能最終建造一座地下城市。 考慮到這一點，還可以在洞穴頂部放置人造太陽，為地下農場提供陽光。
月球基地的農場。
除了人造的地下設施，人們還期待著在月球上找到一些自然形成的洞穴。 在月球的早期，有大量的岩漿凝固形成了今天的月球。 因此，這些洞穴通常是由於岩漿體積逐漸減少而在凝固過程中形成的空洞，月球研究專業人士稱之為熔岩管。 據信，火星上也可能存在這樣的熔岩管。
到目前為止，還沒有發射到月球的探測器發現或調查過真正的熔岩管，太空人在阿波羅登月期間也沒有尋找這個地形。 一些繞月球執行的探測器已經捕獲了似乎是熔岩管的東西，這表明尋找天然洞穴來建造月球基地是有希望的。
如果能找到合適的熔岩管，對月球基地的建設將大有裨益。 熔岩管使基地設施和太空人可以躲避月球表面的惡劣環境，免受頻繁的隕石撞擊、高能紫外線輻射和高能粒子的影響，空調裝置的工作量沒有月球表面那麼大。 當然，也可以節省挖掘人工洞穴所涉及的大量土方工程。
人工山
那麼，有沒有可能在月球上建造一座人造山呢？ 出於這個原因，許多研究人員提出了所謂的雙穹頂方案，即建造乙個人造設施，然後用月球土壤覆蓋它。 據美國研究，月盒的主要成分是二氧化矽和含鐵化合物，如果被強大的微波束加熱，可以熔化和冷凝，並能形成玻璃狀固體。 有一位名叫巴拉科克的科學家認為，這種“月亮玻璃”可能具有相當好的機械效能，是一種很有前途的製造剛性結構的材料。 這些月球土壤也可用於製作“月球磚”，這些磚鋪在金屬框架上。
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3D列印技術問世後，自然成為月球科學家最關心的建造技術之一。 除了NASA之外，一些私營公司也在為月球設計3D列印技術。 根據一家名為Foster Partners的公司的一項研究，如果建築材料由月球表土製成並覆蓋有充氣生活模組，那麼整個建築專案中只有10%的結構材料必須從地球運輸。 具體來說，這種技術涉及將月球盒與氧化鎂混合，並使用粘合劑“將材料轉化為類似石頭的固體”。 據說，以這種3D列印原型的威力，一周就足夠蓋房子了。
美國宇航局打算使用3D列印。
在月球上建房子。
月球基地的地板也是3D列印的。
電力**
無論是建造還是生活，人們都需要為月球基地提供足夠的電力。 到目前為止，月球探測已經使用了三種能源——化學電池、太陽能電池和放射性同位素能量。 在阿波羅登月期間，月球車和鑽井工具使用了化學電池。 因為每次阿波羅任務在月球上活動的時間都非常有限，所以化學電池也足夠了，當然不能作為長期月球活動的能源。
月球上沒有大氣層，太陽光線直接照射到月球表面，能量強大。 因此，只要是在月光期，太陽能發電就不是問題。 此外，生產太陽能電池板所需的矽材料，太陽能電池板支架所需的鐵鋁材料可以在月球表面開採，這對後續月球基地的逐步擴大有很大的優勢。 也有人建議，太陽能可以用來加熱房子，然後斯特林發動機可以用來驅動電動機。 但是，月晝很長，月夜也很長，為了獲得持續的電力，有必要在兩極建立太陽能發電廠或在月球基地安裝大容量燃料電池。 燃料電池技術已經成功應用於穿梭機上，穿梭機可以執行長達17個地球日，超過了月夜發電的需求。 今天的質子交換膜（PEM）燃料電池比穿梭機上的燃料電池先進得多，但它們尚未用於太空飛行。 無論如何，將燃料電池與太陽能相結合有可能提供一種可持續的電力形式。 甚至有人提出，發電衛星可以部署在地球靜止的月球軌道上，這樣就不用擔心任何月夜了。 但是，月球的地球靜止軌道距離月球表面很遠，光束發散的問題更為嚴重。
日本的月球基地概念。
月球表面的環境是惡劣的。 即使你用厚厚的月球土壤覆蓋它，也未必能完全阻擋宇宙射線，尤其是高能粒子。 因此，有人建議需要構建人工磁場來提供輻射遮蔽。 這需要為月球基地提供強大的電力供應，太陽能發電場是否能夠滿足要求是值得懷疑的。 因此，在月球上建造核電站的理由似乎也存在。 但是，所需的投資和需要克服的技術難題也是可想而知的。
根據美國宇航局2000年的裂變表面能（FSP）專案，低溫不鏽鋼、液態金屬冷卻反應堆技術和斯特林發電機可以在月球上發電。 到2010年，FSP關鍵部件的測試已經完成，非核系統的示範測試正在斷斷續續地進行。 FSP可以穩定地產生40千瓦的電力，這相當於地球上大約8個單戶住宅的用電量。 反應堆埋在月球表面以下，避免輻射到太空人，塔式發電機部分延伸到反應堆表面以上，傘形散熱器伸出月球表面，將廢熱直接輻射到太空。
我們之前也提到了放射性同位素熱電池。 目前，俄羅斯在核電池方面處於領先地位。 這種電池的特點是結構簡單，可以沒有活動部件，但發電量相對較低，可以作為月球基地的備用電源和應急電源。
底基和運輸
從上面的討論中可以發現，似乎沒有乙個基地位置是絕對完美的。 那麼，人類能否在月球上的每個不同地點建立乙個基地並承擔不同的任務？ 如果月球礦產勘探取得成果並發現一些重要的富礦，那麼開設多個基地的需求就變得更加重要。 因此，科學家們已經開始討論月球表面的運輸問題。 顯然，使用月球車通勤或運輸太慢了，那麼為什麼不乘坐鐵路呢？ 月球上沒有空氣阻力，重力比較小，不用考慮徵地拆遷等煩惱。 中國人擅長的高鐵，有更好的條件進行，甚至貨運列車也能以飛機的速度執行！ 當然，如果乘客不想在敞篷列車上穿太空衣，他們需要在鐵路車廂裡安裝生命支援系統。
如果想去離基地很遠的地方考察，又月球車的速度太慢，也可以考慮飛過去。 月球上沒有空氣，當然不需要具有空氣動力飛行原理的飛機。 因此，科學家們早就構思了噴氣彈跳飛行器，貝爾航空系統公司提出了這樣乙個概念。 當然，如果馬斯克的不鏽鋼火箭“星際飛船”真的能夠研製出來並進入宇宙，它也可以承擔這種工作。
馬斯克的“星際飛船”。
可作為月球表面長途運輸的交通工具。
地月運輸
雖然本文的重點是月球基地，但還是有必要討論建造月球基地的前提條件，即月球太空飛行器。 嚴格來說，中國、美國和俄羅斯都還沒有研製出登陸月球的太空飛行器。 美國的阿波羅飛船早已失傳，蘇聯的登月飛船也不過是PPT。 中國、美國和俄羅斯正在開發的是一種載人太空飛行器，它將往返地球並繞月球執行。 排在首位的是獵戶座飛船。 這種自2004年提出以來的模型已經進行了太空飛行，是否真的能飛向月球，取決於SLS火箭的研製進度。
中國新一代載人飛船也在2020年初進行了一次飛行，其後續研製進度還需要等待更高效能火箭研製成功。 相比之下，俄羅斯新型飛船“鷹”的進展令人擔憂，人們目前看到的只是乙個模型，工程原型尚未揭曉。 俄羅斯在2020年公開宣布，將在2024年實現首飛，能否真正實現值得拭目以待。
本文最初發表於SpaceX，2021年第6期。
溫王佳. 本文來自***in**Television。
風和風是雲中的故事。
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