你敢信吗?同一小块月球高地,两边都抢着要占坑。中国嫦娥七号已经收拾好行李蹲在发射场了,目的地就是月球南极的沙克尔顿陨坑边缘,目标很明确,找水冰。大洋彼岸的NASA这边画风不对,本来计划好的载人绕月直接改成了地球轨道测试,登月时间往后推不说,转头还拉上印度一起搞月球基地,这操作确实有点耐人寻味。
当年阿波罗登月,宇航员都落在月球赤道附近,那地方地形平坦着陆条件好,搁在上世纪六十年代的技术水平里,就相当于下水前先在浅水区泡泡脚,插完旗留完脚印鼓舞完士气,任务就完事了。现在探月的玩法早就换了,落点直接钉在南纬八十多度的沙克尔顿陨坑,这可不是随便挑的,是奔着能不能长期住下来下的注。
月球南极最神奇的地方,就是几公里范围内挤着两个常理不可能共存的极端。一边是“永恒光照峰”,山脊坑缘几乎整日照得到太阳,和地球两极的极昼有点像。为啥会这样?其实原理不复杂,地球两极半年黑半年亮,是因为地轴倾斜得厉害,月球几乎是直着转的,太阳在极地天空升不高,只贴着地平线慢悠悠打转,好些峰顶就能一直接住太阳光。
这意味着什么,懂行的人一眼就能看出来香。你在赤道建基地,得扛半个月伸手不见五指的极夜,温度低到冻骨头,光是维持照明就得带一套巨重的大电池,又费钱又添麻烦。在月球南极就不一样,几乎有源源不断的太阳能,简直就是在月球系统里开了个外挂,谁不眼馋这好处。
挨着晒足太阳的山峰走几步,画风立马大变,紧挨着就是“永久阴影坑”,据说几十亿年都没被光照到过,坑底冷到能把氧气冻成固体,什么东西飘进去,基本就被永久锁在那儿,冻上万年都不会变。可就是这种鬼地方,藏着比月岩黄金还金贵百倍的东西,那就是水冰。
过去几十年,科学界一直觉得月球就是一块完全干透的石头,阿波罗带回来的月壤看起来也确实不含水,逻辑也说得通,朝阳面的水汽碰到太阳辐射就分解,氢和氧全跑太空里了。这些常年不见光的冷阱,直接把过去的结论给推翻了。
月球上的水有好几种形态,有混在月壤里像冻碎石的冰粒,还有分子层面和矿物牢牢结合的水,均匀锁在土里。就算按最保守的估算,月球两极的水储量也够支撑长期月面活动用了。NASA的工程师为啥这么兴奋,因为水在月球根本不只是饮用水,一口气解决了三件人命关天的大事。
给水通上电电解,就能拆成氢和氧,氧直接就能变成呼吸用的空气,不用眼巴巴等着地球送氧气上来。拆出来的氢和氧做成低温液体,就是效率极高的火箭燃料,飞船能就地加满油再出发。剩下的辐射问题,水挡辐射的本事比铝比大多数运上去的材料都好,拿水箱围着舱体一围,既是防护罩又是储备。
要是这三样东西全靠从地球一趟趟运,那开销真没人扛得住,谁直接把这三个问题全解决了,这才是“短期打卡”和“长期居住”的本质区别。算到成本账上更清楚,从地球运一吨水到月球,花的钱能肉疼好久,就为了运地球上随处可见的东西,太不划算。
月球引力只有地球的六分之一,从月面往外运一吨水,消耗的能量和成本只是地球运的零头。以后人类要去火星,需要几百吨水、氧气和燃料,全从地球拉出去,光燃料就是天文数字,一路上都在和地球引力死磕。反过来,把月球的水冰开采出来就地加工,月球直接就成了距离地球几十万公里的太空加油站,还是水厂、工地和发射台。
不过要采冰盖基地,先得过月尘这一关,这玩意儿当年差点把阿波罗的任务整翻车。月壤是四十亿年陨石反复砸出来的粉末,没有大气烧没有海水吸没有风打磨,颗粒又尖又硬,细得像滑石粉,硬度直逼玻璃碴。它还带电,粘得到处都是,当年阿波罗宇航员就说,尘土钻进密封设备,啃坏了舱外服靴子相机,连面窗都划花了。
宇航员回到登月舱摘了头盔,吸进去一点就又是喷嚏又是喉咙痛,有人戏称这是“月球花粉症”,难受好几天。这尘里还含有尖锐的结晶硅,就是让矿工得尘肺、肺部永久结疤的那种东西,在月球六分之一重力下飘得更久钻得更深,危害比在地球上还大。
更大的问题是,火箭着陆的时候,尾焰会把月壤高速吹飞,当年隔着几百英尺的探测器都被崩伤了,将来一片着陆区挤着好几台着陆器,每落一次都可能把碎石砸向旁边的住舱。你想长住就得先有着陆台,可不落工程设备就修不了着陆台,不修着陆台又不敢落工程设备,这个死循环足够把探月卡在起跑线上。
NASA现在换了思路,不往月球运一砖一瓦,直接就地盖。他们拉了3D打印建筑公司和建筑事务所,搞了个奥林匹斯项目,打算只用月壤和能量,就把路、着陆台和住舱都造出来。月面低压环境里掺水行不通,水不是瞬间冻住就是立马蒸发,他们就用高能激光,把月壤一层层堆好,再烧到上千摄氏度,让颗粒表面熔化粘在一起,冷下来就是能挡辐射抗温差的硬材料。
月壤里原本又磨人又粘人的金属铁颗粒,刚好特别吸激光,坏事反倒成了好事。头一块六边形着陆台,打算让机器人全自动铺出来。想想当年阿波罗十一号,宇航员手动操控着陆,燃料只剩四五十秒,擦着乱石区才落下来,头一脚真的是拿命在赌。第一块着陆台铺好,后面落地就会越来越安全,慢慢就能造住舱造道路了。
负责项目的地质学家都说,以后真想在月球盖旅馆也不是不可能,还能开采矿产搞出一整套月球经济。听着像天方夜谭,可支撑这一切的前提,就是就地取材的本事,而就地取材的核心,还是得有水冰和稳定的能源。绕来绕去,还是得落在沙克尔顿陨坑边缘这块好地方。
这里的永恒光照峰能给烧结激光提供源源不断的太阳能,NASA设计了垂直太阳能阵列,跟着贴地平线转的太阳动,几个峰顶各摆一组互为备份,一组进了阴影,另外几组顶上。真遇到太阳全落下去的情况,还有核电源兜底,他们准备的核裂变电源个头不大,能在全黑尘暴里连续转十几年,连未来去火星的需求都考虑到了。
有电了就能派机器人钻进旁边的永久阴影坑挖月壤,送进处理器加热,冰不用融化直接从固态升华成水汽,再冷凝就是干净的水。麻烦的是,水运回基地的路上,一不小心就会再次冻住,在月球上连供应链都得和物理定律较劲。
NASA在空间站已经把废水回收练出绝活了,汗、尿、甚至呼出来的水汽都能提纯,纯度比地球上大多数自来水还高,宇航员还自嘲说今天喝的咖啡,明天还是咖啡。真住上去,每个人的个人空间也就一个大衣柜那么大,每天必须练两小时身体,不然低重力会悄悄抽走骨密度和肌肉,种的那点水培生菜,与其说是菜,不如说是撑着人心气的精神寄托。
孤独才是探月者真正的对手,可你去问那些报名的科学家工程师,吃食月尘太阳风暴这些问题,在他们眼里根本算不上事儿。说回最开始的对比,滋味一下子就出来了。NASA把这套建月球城市的逻辑讲得头头是道,可载人登月计划改了又改,把绕月测试挪回了地球轨道,还赶在嫦娥七号要发射的节点拉印度入伙,几十亿美元的大项目要一堆伙伴分摊成本,现在还停在摸环境的第一步。
咱们中国嫦娥七号不整那些弯弯绕,探测器已经安安稳稳待在发射场了,直奔同一片南极高地,就是要把水冰这件最要紧的事先探明白。两边都盯着沙克尔顿那圈边缘,都想抢那块既有阳光又有水的宝地,一个还在改图纸找搭档,一个已经整装待发马上出发。月球不会偏向谁,它只会记得谁先真正落下去。
参考资料:新华网 嫦娥七号任务将开展月球南极探测
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