【科普中国军事科技】从《流浪地球2》的月球基地讲起——如何在地外天体上建造永久基地？

在《流浪地球2》中，人类在月球上建立了基地，并建造了三台巨型发动机来将月球推走。这一电影中的庞大计划并不只是单纯的幻想，其与人类已经研究数十年之久的一个实际问题密切相关：如何在地外天体上建立一个永久性的居住设施。

图注：《流浪地球2》中人类提出了“逐月计划”

截至目前为止，人类只登上过月球这一个地外天体，而我们还尚未在任何一个地外天体上建造永久性的居住设施。但根据科学家的讨论和验证，目前来看，在月球或者其他地外天体上建立永久居住地是完全可以实现的目标。

1、地外设施建造该如何选址，又该如何建造？

地外设施的位置选择是整个计划开始的核心。以月球为例，设施的建造者们需要考虑这里是否能抵御危险的辐射和陨石撞击，同时是否能方便的获得生存所需的物资。

总的来说，在月球建造设施可以分为两大类，一类是地表建筑，一类是地下建筑。前者更加简单，可以由简单的充气加压舱组成，更复杂的地表殖民地可能需要在月球利用当地资源生产一些建筑材料。但由于月球没有大气层，也没有强大的磁场，月球表面将时刻面对高剂量的宇宙辐射，这些辐射对于居住在月球表面的居住者来说是有害的，这会增加居住者患上癌症的风险，也有可能会导致电子设备在辐射中失灵。在《流浪地球2》中，就出现了太阳风暴导致月球基地的量子计算机系统损坏的剧情。

地表建筑可以通过防弹材料和自我修复模块来应对陨石撞击，也可以使用人工磁场和防辐射结构层来抵御辐射。或者，我们也可以采取另外一个方案，在地下建造建筑。

月球表面有许多熔岩管，我们或许可以借助这些熔岩管的坚固结构来建造地下殖民地，通过月壤和月岩阻挡陨石和辐射，同时还能更有效地控制气密性和温度。不过，在地下建造设施也意味着更高的技术难度。

图注：艺术家描绘的月球殖民景象

2、生命维持、能量和运输该如何解决？

人类是一种精细而复杂的生物，为了满足人类的生命需求，我们需要在地外居住设施上建立一套尽可能自给自足的生命维持和生产系统。

现代空间站上就有空气循环和水循环系统，但这些循环系统不能完全满足需求，居住者们必须在月球寻觅水和氧气作为循环系统的补充。

幸运的是，月球的两极有大量的水冰，火星上也有一些水冰资源。水除了用于人员饮用之外，也可以用于电解水生产氧气。此外，虽然月球和火星都没有可以提取大量氧气的大气层，但是我们可以从矿物中提取氧元素。在小说《月球城市》中，位于月球表面的城市阿尔忒弥斯有一座电解铝厂，这座电解铝厂除了为月球城市提供金属铝材料外，还从氧化铝中提取了大量的氧气以供城市使用。

现代生活需要电力支撑，即便居住在月球也是如此。月球的居民同样需要电力供应，但是他们显然没有煤炭和石油。在月球表面获取能量的方式有很多，比较简单的就是在月球表面铺设太阳能板。不过，这样的电力供应并不稳定，像是地球一样，这些太阳能板并不能时刻处于阳光照射之下。在月球上采用太阳能供应还需要考虑建设位置，一些特殊的山峰上几乎处于永昼状态——这些山峰被称为永昼峰，在这里建设太阳能板的能量收益更大。

如果不使用太阳能板，核电是非常合理的选择。现代人类已经研发出了能够在太空运行的小型核裂变反应堆。如果计划需要，在月球表面建造一座正式的大型裂变反应堆也不是非常困难的事情。我们可以利用月球材料建造反应堆的大部分结构，只需要从地球上运输核燃料棒即可。

图注：美国斯普纳10A型太空核电站在地面测试

毫无疑问的是，即便我们会试图让月球基地尽量自给自足，但是地月之间的物资运输仍然是必要的。月球的入轨速度相较地球要低得多，在月球上发射运载火箭也会更加轻松。不过，在月球上制造火箭燃料非常困难，虽然我们可以在月球上制造液氢和液氧，但是储存这些液体燃料本身就非常复杂和困难。

另一个方案是在月球建设质量加速器，这是一种利用电磁力发射物体的装置。大部分货物都可以通过质量投射器发射，不过人类和一些精密设备无法承受质量加速器所产生的高加速度。

图注：建立在月球上的质量投射器的想象图

总的来说，在月球和其他天体上建设永久基地并非遥不可及，甚至正在实现，人类文明正在通过技术的进步不断的走向那个未来。

作者简介：付文鹤，科幻工作者，中国科普作家协会会员，主要从事科幻、科普相关工作，长期研究国内外航天科技发展，曾获2018、2019科普中国军事科技前沿年度优秀作者称号

出品：科普中国

监制：光明网科普事业部

作者：付文鹤

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