从阿波罗到“月球勘探者”（下）

月球 · 2016-10-31 14:58:24

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四、月球勘探者再掀月球热 　　90代后期人们又把目光转向月球，一方面现代航天技术的发展为人类提供了进一步探测月球的可能性，另一方面月球独特的自然环境和资源一直吸引着人类。　　月球上没有大气干扰，是进行科学实验和天文观测的圣地。如果在月面上建立天文台，将会探测到宇宙中的许多奇异现象。月球的引力只有地球的六分之一，发射火箭所需的燃料将会比地面少得多，因此月球也是个难得的航天发射基地。月球两极大量冰水的发现更使人类对月球刮目相看，因为有了水人类在月球上生存的基本条件便已具备。人们可以利用水得到氢气和氧气，氧气和水供人呼吸饮用、使植物生长，氢和氧还可作为火箭燃料，供飞船返回地球或前往火星或更远的星际探险。这样，人类在月球上建立永久性实验室甚至定居点并非天方夜谭，月球很可能成为人类远征火星的中转站。 　　1998年1月6日，美国宇航局发射了“月球勘探者”探测器。这次耗资6300万美元的考察活动是1972年以来美国航天局第一次向月球发射飞行器。重达660磅的探测器定位在距月球表面62英里（约100公里）高的空间轨道，对月球进行全面的探测，首要一个目标就是寻找月球上是否存在水的证据，探测月球内部是否存在支持生命的气体以及一些宝贵的矿藏，以便人类未来在月球上建立基地和把月球作为星际旅行的中转站。 　　“月球勘探者”的升空重新唤起了人类对月球的热情。在航天技术上可与美国匹敌的俄罗斯也开始实施新的月球计划，其最终目的是在月球上开采氦同位素氦－3。氦－3是一种核燃料，地球上极为贫乏，在月球上却极为丰富，几十吨的氦－3就能满足全球一年的能源需求。1998年10月，俄罗斯制定出新的月球开发计划，以研究月球“身世”，探寻月球水资源，开发月球上极为丰富的核燃料氦－3。根据这项开发计划，俄将发射一个小型月球轨道站，再从轨道站向月球发射各种探测仪器，其中包括10个可探入月球表面的穿透探测器，两个地震探测仪和月球南极水源探测仪。整个计划预计耗资5千万美元。俄罗斯计划在2010年后建立月球基地，研究月球采矿工艺。 　　借助穿透器和地震仪可以了解月球内部结构，从而了解月球的“身世”。如果探测结果表明，月球内核质量超过月球质量的百分之五，则证明月球与地球分别独立生成。如果月球内核质量很小，则证明月球是由宇宙天体撞击地球后产生的碎片形成的。 　　与此同时，有14个成员国的欧洲航天局计划于2000年发射微型月球卫星，并于2001年在月球南极附近降下“欧洲月球2000”项目的登月舱。 　　日本也提出了自己的探月计划，1998年9月25日，日本发射的第一艘星际探测器在完成一项技术测试以后进入稳定的月球轨道。日本是世界上继美国和俄罗斯之后开展星际航天探索的第三个国家。 　　五、月球探测新发现不断 　　月球有大气 　　1998年8月18日，由各国科学家组成的一个国际研究小组在美国地球物理协会主办的《地球物理通讯》杂志上发表文章说，他们已获得了更多的关于月球存在稀薄大气的证据，并说月球的大气中含有少量的氧、硅和铝等元素。 　　虽然多数人认为月球没有大气，但事实证明月球的确存在非常稀薄的大气。70年代乘坐阿波罗飞船登月的宇航员发现月球上有氦原子和氩原子；后来从地球上观测到月球上还存在钠和钾。德国和美国科学家已经在月球稀薄的大气中发现了氧、硅、铝等好几种元素的离子，但是含量很少。 　　1998年8月，德国马克斯·普朗克高层大气物理学研究所科学家德国科学家最近宣布，他们对美国航空航天局观测卫星所获数据进行分析后发现，月球大气中含有氧元素。除了氧元素之外，月球大气中还存在有硅和铝等元素。据认为，这些元素可能主要是月球表面土层受太阳加热后释放出来的。 　　月球大气是由美国“阿波罗”号宇宙飞船首次发现的，在此之前人们一直认为月球上没有大气。月球大气非常稀薄，比距地球表面100公里处的地球大气还要稀薄。科学家们起初认为月球大气的主要成分是氦和氩，1988年发现其中还存在钾和钠元素。 　　德国科学家们指出，目前来看，要想从稀薄的月球大气中提取含量极低的氧元素为人类所用是不现实的。但科学家们认为，这一新发现意味着月球气体中可能还存在有其它目前未知的成分。进一步弄清其构成，可为研究其它行星及其卫星的大气状况提供重要借鉴。 　　月球上有水 　　1998年1月6日发射、11日进入月球轨道对月球进行勘测的美国“月球勘探者”号卫星发现在月球的北极和南极有冰。最多可能达到100亿吨。这一发现被认为是人类朝着实现移居月球并将月球用作火星探测发射基地这一设想跃进了一大步。这些冰在月球的南北极与月球的外壳混为一体，这些水冰可以相当于一个深10米、面积1000平方公里的湖泊。可供一个大型城市循环使用。 　　冰中的氧和氢是为宇宙飞船主发动机提供燃料的主要成分。这些氧和氢可以作为探索宇宙的资源，而且可使月球成为“对火星及太阳系中其它星球进行探测”的一个基地。从月球冰中提取水会是个“简单”的过程：将混有冰的泥土收集起来，在房间里加热，使冰融化后便可以得到水。不过，这个过程需要开发能在月球两极低至零下230摄氏度的极冷温度下工作的器皿。 　　数据表明，月球两极都存在冰，北极的冰储量要更多一些。这些冰都分布在太阳永远照射不到的圆坑里，上面覆盖着数十厘米厚的土层。坑里的温度始终保持在零下150摄氏度以下，因此冰不会融化和蒸发。“月球勘探者”是在环月轨道上利用它的中子分光仪对月球表面进行扫描分析后发现月球上存在水的证据的。据认为，月球上的水绝大多数来自撞击月球的彗星和陨石。 　　研究人员说，月球北极地区水的数量要比南极地区多大约50％。宾德说，所有的水都存在于终年不见阳光的环形山内部。月球的气温总是在零下156摄氏度左右，使得这些冰的存在“几乎是永恒的”。数据表明，这些冰呈层状，它们上面覆盖着厚达18英寸的土壤。 　　月球上有氦－3元素 　　1998年12月31日，美国科学家在月球上发现了储量丰富的氦－3矿藏，并绘制出了这一矿藏的分布图。 　　氦－3是氦的同位素，含有两个质子和一个中子。在热核聚变反应过程中，氦－3同具有一个中子和一个质子的氘（重氢）发生热核聚变，产生的中子很少，可以大大降低热核聚变反应堆的放射性危害，因此这种元素有可能成为21世纪热核聚变能的宝贵原料。 　　据估计，月球上氦－3元素的总储量大约为100万吨，可为地球上的人类提供能源达数千年之久。开采时只要对月球土壤加热，氦－3元素就会从土壤缝隙中释放出来。相比之下，地球上的这种矿藏只有20吨，而且位于地壳深处，不易开采。 　　美国地质调查局以杰弗里·约翰森为首的这个地质学家小组在最新出版的《地质研究通讯》上发表了他们绘制的月球上氦－3分布图，这使人类在月球上进行商业性开采这种元素的可能性又前进了一步。这些专家认为月球最容易找到氦－3的地方是静海和位于月球另一面的风暴洋以及奇奥尔科夫斯基陨石坑和东海。 　　六、移民月球 　　英国《星期日泰晤士报》1998年5月3日报道，美国国家航空航天局披露移民行星的蓝图。科学家们已经向外界披露利用当地原料，在其他行星和月球建造基地的计划。 　　这些科学家取得的成果是以几个月来对月球土壤的研究为基础的，而月球土壤是阿波罗宇宙飞船在登月飞行中带回地球的。这项未来移民计划是国家航空航天局在一次工程会议上披露的。该计划的关键是，建设者怎样在当地获得原料，这是移民月球和其他行星的最大难题。 　　下一代可重复使用的航天飞机着陆后，差不多马上能够起飞，使供应机可以连续不断地往返于地球和已开发的行星之间。然而，每次飞行消耗的费用和时间表明，比较明智的做法是依靠当地原料。由于月球土壤中铝矿和铁矿比较丰富，而且容易用采矿机械开采，因此未来移民区的主要建材很可能不是铝制的就是铁制的。 　　研究这项移民计划的劳伦特·西比莱说，届时这些金属矿需送进冶金炉内提炼。他说：“你需要用冶金炉才能把开采的原料制成建材。目前我们的想法是，最好把原料送到月球南极的一个环形山附近提炼，因为炼矿需要使用太阳能，而在那里你可以获得源源不断的太阳光。” 　　太阳能电池板是较为可取的动力装置，可为机械装置和供暖提供动力，部分原因是月球上有1／5土壤由硅构成，而硅是制造太阳能电池板所必需的原材料。 　　但是，月球大气层非常稀薄，这意味着必须保护宇航员住所不受太阳的辐射。为解决这一问题，马歇尔航天中心的科学家正在研制一种神奇的新材料。 　　气凝胶是一种差不多完全用空气制成的新型玻璃，而且几乎没有任何重量。国家航空航天局的研究人员已经在试验中展示怎样用月球土壤中的硅制造这种轻型材料。 　　尽管气凝胶几乎全是用空气制成的，但是它的制成过程使之可以充当吸收辐射的优良材料。 　　西比莱说：“它是一种完美的材料，就像是插在两片金属中的夹层板一样。它可以像隔热体那样，保护房屋内居住的所有人不受外界寒冷的影响。我们的试验已经表明，一英寸厚气凝胶的隔热效果不亚于一英尺厚的普通隔热材料。” 　　马歇尔航天中心的科学家一直在与约翰逊航天中心的同行合作，后者持有阿波罗宇宙飞船在登月飞行中带回的月球土壤样品。目前，这两个航天中心的研究人员正在加紧实施登月飞行计划，以确认在月球上是否能制造出他们在地球上用岩石和土壤样品制成的材料。只有到那时，国家航空航天局才能在移民月球还是移民火星中，作出较好的选择。 　　希尔顿公司称计划在月球建饭店 　　据英国《星期日泰晤士报》1998年4月19日报道，在世界上拥有许多著名大饭店的希尔顿国际公司已参加在月球上建造第一家饭店的竞争，这个取名为月球希尔顿大饭店的庞大综合体将有5000间客房，它的动力将是两块庞大的太阳电池板，它还将有自己的海滩和海以及一个工作农场。 　　在上个月发现月球上有水之后，这家公司委托建筑师设计这栋大楼。它正就这项工程同国家航空航天局的专家进行密切合作，并希望建立合作伙伴关系，以便能把客人送到这家大饭店去。希尔顿国际公司董事长彼得·乔治说：“我们决心实现这个计划。既然那里能维持生命，我们打算成为在那里建造饭店的第一家公司。”希尔顿国际公司迄今为止已对这项工程花了10万多英镑。 　　已制订希尔顿国际公司的计划的英国建筑师彼得·因斯通建议建造一栋325米高的大楼，它将与世界上最大的饭店——拉斯韦加斯的ｍｇｍ大饭店——相匹敌。这个综合体将有餐厅、一个医疗中心、一座教堂和一所学校，有高速电梯运送客人在各层之间。饮水将从新发现的冰储藏库抽取。室内将增压，客人将享有使用磁靴或加重靴的选择，以对付月球上的地心吸力比较弱的问题。还将有广泛的保障生命系统，大饭店将有自己的起落场地，航天飞机能停在这个场地上。 　　当希尔顿轨道旅馆建成后，空间幻想家阿瑟·ｃ·克拉克想去那里参加开业典礼。 　　这项名叫“空间岛”的计划将把航天飞机的燃料罐串联起来，每个燃料罐的直径与波音747机身相当。目前，燃料罐是美国航天局的航天飞机唯一没有回收利用的部件。 　　英国航空公司也表示想加入这项计划。正在考虑对英国航空公司和希尔顿旅馆的顾客进行一次调查，问问他们是否愿意到太空度假。 　　顾客们要回答的问题包括他们是否希望处于完全失重的状态以及是否希望有大窗户用来观赏地球。是否希望进行一次太空行走也可能是一个要调查的问题。 　　空间岛集团负责人吉恩·迈耶斯说： 　　“我们需要60亿到120亿美元。这没法与由美国、俄罗斯和其他国家合建的价值400亿美元的国际空间站相比。” 　　这个空间旅馆将用航天飞机的空燃料罐建造。目前，这些罐子只使用一次，并且将落回地球，在地球大气中焚毁。但是这些燃料罐可以很容易地保留在太空中，并且改造成人们的住处。 　　依据资金情况和人们的决心，最乐观的估计是6年建成。 　　迈耶斯说：“最终在轨道上将有好几个这样的空间站。甚至有可能把一个空间站送到围绕地球和月球的‘8’字形轨道上。那将是非常过瘾的休假。” 　　空间幻想家克拉克一年来对这项计划给予了热情的支持。 　　他准备与电影导演斯坦利·库布里克商洽，要他也加入。电影《2001—太空漫游》中的著名轮子状空间站就是他们设计的。 　　在电影《2001—太空漫游》中有一部分太空站就是希尔顿旅馆，这并不是巧合。这家旅馆集团出钱上了这部电影。30年后，克拉克重返希尔顿，参与这项新计划。 　　吉恩·迈耶斯说：“这个空间站是能够建成的，没有建不成的理由。我们现在需要的是要人们知道这是能够建成的，然后帮助我们建成它。” 　　月球基地最佳位置已经选定 　　科学家对月球神秘的两极区域进行的迄今最详细的分析，为人类将来在月球上建立活动基地找到了最适宜的位置。 　　这个位于以英国探险家沙克尔顿命名的一座环形山边缘的位置符合建立月球活动基地的两个基本要求：那里有生产太阳能所需的充足阳光；而且其位置非常靠近一个很可能储存着深冻冰的永久性阴影区。 　　冰不仅可以满足月球定居者的饮用水需要，还可以为太空飞船生产燃料。月球勘探者飞船一年多以前发现月球的南北两极有冰。这是一项重要的发现，科学家们根据这一发现制定了向月球移民的计划。 　　月球勘探者飞船还无法确定冰的确切位置。在过去四个星期中它降低了飞行轨道，以便进行更精确的观测。 　　月球南极有一些区域接近于在太阳的永久照射之下。沙克尔顿环形山的边缘是一个特别令人感兴趣的区域，因为它有80％的时间处于阳光的照射之下。距离这个区域只有10公里的位置还有两个区域，总共有98％的时间处于阳光的照射之下。距离此处不远的环形山内部是一些永久性阴影区，那里储存的冰因为没有受到阳光的照射而不会融化。 　　这里是建立第一个月球基地的理想区域。可以把生产电力的太阳能阵列放置在阳光充足的区域，并通过微波或电缆与之相连。这样，位于沙克尔顿环形山边缘的区域就可以得到近乎源源不断的太阳能供应，而且能够很容易获取月球储存的冰资源。月球的北极比南极较为平坦，但是初步估计结果显示，那里有面积达1·3万平方公里的永久性阴影区。 　　今天，人类重返月球的行动将与早期的月球探索有所不同。早期的探索是两个大国的竞争，虽然具有科学考察性质，但很大程度上是为政治和军事服务。随着冷战的结束，大国间在一定程度上由军事对抗转为高新技术和知识经济领域里的竞争，在太空探测上则表现出务实和追求经济效益的趋势。美、俄两国重返月球，不仅是为对月球这块离地球最近的太空处女地进行探测，还要对其进行开发和利用；其他一些国家探测月球也是为在今后的月球开发中占有一席之地并拥有更大的发言权。

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