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月球2.0,宇宙拓荒新原点

2014-01-21彦铭

航空知识 2014年1期
关键词:月球宇宙太空

彦铭

宇宙对人类意味着什么?从1957年苏联发射第一颗人造卫星以来,美苏在这项事业上投入的巨量资金和相关资源,似乎并未获得足以让人满意的经济回报。

“现实主义者”批评政府为了虚无缥缈的尊严毫无节制耗费国家财富,更有学者指出苏联在航天竞赛中的透支正是导致最终崩溃的间接原因,就仿佛是“和平”号空间站吹响了红色帝国覆灭的挽歌。同样,美国“阿波罗”计划自一开始就饱受争议与批评,阿姆斯特朗的“一小步”既没能阻止美军在越南的溃退,更无法阻挡苏联在随后整个70年代的全球扩张。

1969年,历经10年努力,人类终于踏上了第一个地外星球——月球。“阿波罗”计划将宇宙探索推向了高峰,但也为人类航天史的第一个“黄金年代”画上了休止符。我们遗憾的看到,草草结束的“阿波罗”之后,无论美国还是苏联,其航天预算与活动的规模大幅削减,有限的资金也被投入到“比火箭省钱”的航天飞机,以及可以从太空攻击地球的空间站这样更具现实价值的项目上。月球在仅仅迎来了12位地球访客后归于沉寂,美苏后续的载人登陆火星项目也被束之高阁。除了一些无人探测器外,人类自身的脚步仍被“套牢”在地球轨道上。

短视者的逻辑往往极具迷惑性,其潜在危害也更大。历史证明,美国在“阿波罗”计划中衍生出来的高新技术,后来在经济领域得到了广泛延伸、推广和二次开发,形成了一大批高新技术企业,带动了美国科技的全面创新和飞跃。如果这样的“舞蝶效应”仍会被质疑效费比,那么月球本身所蕴含的巨大财富则更具说服力。

这笔财富对于1969年的人类也许还只是奢望,但在今天,则直接关联人类的前途与命运。

月球财富

月球上有什么?这个问题也许过于简单,甚至幼稚。其实对于人类来说,“月球财富”不仅涵盖了“月球有什么”,还包括“月球没有什么”。

月球上几乎没有大气,引力也只有地球的1/6。如果以月球为基地进行太空探测活动,航天器从月球起飞可大幅节省能源和发射成本。此外,由于月球上存在制备火箭液体推进剂的原料氧和氢,未来还可以利用月球资源生产火箭推进剂。

月球上拥有丰富的矿物资源,在月岩中含有地壳里的几乎全部元素,其60种矿藏中包括了钛、硅、铝等人类常用的工程资源。不过最有价值的当属氦-3,这是一种理想的核燃料,也是一种清洁、高效的能源。月球土壤里含有大约100万吨至500万吨氦-3,而地球上可提取的氦-3则只有15至20吨。如果把氦-3作为可控核聚变燃料,将是人类社会长期、稳定、安全、清洁和廉价的能源,可满足地球数万年能源需求!此外,月球表面没有大气层让太阳辐射长驱直入。每年到达月球的太阳光辐射能量高达12万亿千瓦。如果在月球表面建立太阳能发电厂,利用微波传输太阳能,也可以为地球提供源源不断的能源。

月球还是理想的对天观测和对地监测站。月球没有大气层,任何频率的电磁波在月球都不会被大气吸收,同时也没有人造电波和光源干扰。因此可以在月球建立射电天文观测站,对地球和太空进行监测,增加监测的有效性和可靠性。

此外,探测月球也是人类进一步认识地球形成的有效手段。月球形成以来,没有经受过风雨、冰川等类似地球的自然力和人类的改造,保存了完好的原始状态。直接考察月球,有助于更好地了解地球的组成、结构和起源,也有助于研究太阳系的历史。

从月球出发

然而,月球虽然对人类来说具有重大应用价值,但如果想充分挖掘并利用“月球财富”,仅靠发射几艘载人或无人飞船,在月表“开辆车,走两步”是肯定不行的。大规模开发月球之前,人类必须在月表建立有人居住的永久性基地。以月球基地为核心,人类可以逐步扩大在月球上的有效活动,包括矿产资源开采,对天对地观测,甚至建立月球发射基地等。

如果说1969年人类还只能触摸月球的话,21世纪的科学技术已经让我们可以憧憬“月球生活”的明天。1994年1月25日,美国发射“克莱门蒂”1号月球探测器。这是自“阿波罗”17号发射以来,时隔22年美国再次发射月球探测器。它首次在月球上发现有冰存在。1998年1月6日,美国又发射“月球勘探者”探测器。美国宇航局公布的探测结果表明月表南北两极有大量的冰,贮藏量可能高达60亿吨,在极区甚至有冰湖存在。这个探测结果令科学家激动不已。因为水是人类生活和动植物生长的必需品,而且,水经过电解产生的氧和氢,又是火箭发动机的推进剂。如果水的问题解决了,月球基地的建设和人在月球的长期生活,就都有了可靠保证。

未来的月球基地将是可以独立运转,不依赖地球供给的独立生态圈。月球上没有大气的影响,而且因为拥有丰富的硅元素,可充分利用太阳能就地生产水泥、陶瓷和玻璃,从而在月球上建立起工业生产基地。月球的高真空、低重力环境,还能生产特殊强度、塑性性能优良的合金和钢材,以及光导纤维和高纯度药品等。有了能源和工业产品,人类就可以在月球基地内建设独立的生态系统,培育在月球生长、生存的动植物。从而让月球成为人类外太空殖民的第一站。

当月球被建设成坚实可靠的太空基地后,人类下一步的星际探索与太空殖民就变的更为现实。早在1977年,美国太空殖民梦想的先驱——杰拉德·奥尼尔就曾提出太空城计划。奥尼尔设想的太空城可容纳上百万人生活,这些巨大的城市就运行在地球和月球轨道附近,并拥有独立的生态系统和工业体系。太空城的核心模块在月球上制造,未来运行中所需要的工业原料也来自月球。奥尼尔在其著作中指出,太空城的建筑材料95%可以从月球获取。月球的引力比地球小的多,物体脱离地球需要达到11 200米/秒的速度,脱离月球只需要2 400米/秒就够了。把同样重的材料送到太空,从月球出发比从地球出发节省95%的能量。

奥尼尔估计,只要派150人上月球,每年就可以开采100多万吨矿石。他甚至设想将矿石用月球上的电磁炮抛射到空间的冶炼厂,利用太阳能加热、冶炼,加工成铝材、玻璃等各种建筑材料和构件。然后再派出一批机器人“民工”,到轨道上去进行无与伦比的太空作业——装配太空城市。按照这种模式,人类对火星的探索和殖民也可以将月球作为飞船制造及发射基地。此外,由于火星上无法提供某些地球和月球蕴藏的矿产资源,火星殖民地的建设也可以依赖成本更低的月球供应链。

航天大发现

在人类首次登月近半个世纪后,新一轮对月球的探索很有可能掀起宇宙拓荒崭新的一页。回望地球数千年文明史,探索未知一直是人类作为智慧生物的原始本能,甚至是人类文明前进的源动力。15至16世纪的航海大发现不仅带来了文明质的飞跃,率先参与这场勇敢者游戏的欧洲也迅速走出中世纪的愚昧与黑暗,不仅对东方文明实现反超,更是制定了延续至今的世界近现代文明规则。然而,无论麦哲伦还是哥伦布,他们并未给欧洲直接带来香料和黄金,其个人命运也堪称悲剧。但如果没有他们向未知大陆和海洋扬帆远航,人类文明又如何进化到我们今天这般繁荣,甚至过度成熟的状态。

从这个角度看,对宇宙的探索很可能为人类文明继航海大发现后注入新的活力,并带来新的升华。那些率先投入这项事业并在宇宙中领跑的国家和民族,不仅将占据未来太空商业开发、星际殖民、宇宙资源攫取,以及防务安全等各领域的制高点,更有机会在航天大发现时代拥有文明领导力和话语权。对于中国这样的航天后发国家来说,仅考虑眼前经济回报的短视逻辑,更可能意味着错失民族崛起的新一轮机遇。

同时必须指出的是,在国家地缘政治博弈及武装力量竞赛中,除了传统的陆权、海权、空权与电磁权外,制天权概念随着航天大发现的进展也迅速浮出水面。在大国之间的下一场战争中,缺乏制天权能力的国家几乎丧失了取胜的可能。随着超级大国军事力量在高边疆领域不断扩张,月球在不远的将来也很可能成为天权争夺的战场。这绝非《钢铁苍穹》式的科幻,近期美国《大众机械》杂志就刊登了一篇文章,作者乔·帕帕拉杜披露,早在上世纪50年代,美国就曾经制定过一项名为“地平线”的秘密计划,打算把月球用作军事用途,后因为经费问题搁浅。无独有偶,乔治·弗里德曼在其著作《下一个百年》中也提到,在月球上建立军事基地可以方便的对敌方卫星、空间站甚至地球自身实施打击。

如果把1957年“斯普特尼克”1号飞上太空作为航天大发现的起点,到今天埃隆·马斯克的“龙”飞船和理查德·布兰森的“太空船”2号所开启的私人商业太空事业爆发,人类对宇宙的探索已经走过了最初的原始积累阶段,文明从地球时代迈入宇宙时代的曙光初现。与航海大发现一样,在这短短半个多世纪里,那些最初的宇宙拓荒者用奋斗甚至牺牲书写了航天大发现的英雄史诗,他们是属于这个时代的迪亚士、哥伦布与麦哲伦。如果没有他们,“世界”的概念将永远局限于地球。

责任编辑:王宏亮

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