中国月球基地不远了？“教学版”已出炉

来源：中国航天报

近日，多家高校和科研机构合作，利用黑龙江省镜泊湖火山地下熔岩管道，建立了我国首个类月球地下空间教学实习基地。如果这座教学基地的优势条件能够充分发挥，必将为我国月球地质勘测、月球基地建设和月面资源原位利用提供有力支持。

① “打卡”最像月球的地方

镜泊湖火山地下熔岩管道被誉为“地球上最接近月球地下空间即月球熔岩管道的地质结构之一”。因此，我国科研人员可以在这里建设类月球地下空间的教学实习基地，围绕着月球科研和资源开发利用，开展大量研究和试验。

月球熔岩管道想象图。

那么，月球熔岩管道究竟有何魅力，能够在月球基地初步选址中被科学家们视为优先地点，甚至在地球上建立模拟基地呢？

随着航天技术进步，以及人类社会发展对资源的无尽需求，未来月球探测任务不能只满足于像阿波罗系列任务那样“到此一游”而已，必须确保探月航天员长期驻留和活动，建立月球基地，支持人类开发利用月球资源。

然而，即使满足了大幅降低地月空间航天运输成本的前提条件，人类想要在月球上建立长期工作生活基地，还需要战胜一系列“拦路虎”。

首先是高能辐射。月球表面没有大气层和磁场的“包裹”保护，无论是来自宇宙深处的高能射线，还是太阳活动爆发等释放的剧烈辐射，都将直达月球表面，持续对航天员的身体健康及探月设备的稳定状态造成威胁。

其次是极端温差。由于缺乏大气层缓冲和保温，月面在白天受到阳光照射时，温度会超过120摄氏度，而到了夜间，又会降温到低于零下180摄氏度。而且，月昼和月夜持续时间均相当于14个地球日，相对漫长的极端温差交替，对人体和仪器设备均是极大的考验，还带来了稳定持续供应大量能源的高要求。

再次，微流星体撞击威胁不可忽视。月球没有大气层烧蚀掉大量来袭的微流星体，因此表面不断遭受“不速之客”轰击，密集的陨石坑就是证据。因此，人类如果想建立月球基地，有必要通过天地观测手段掌握月面特定区域的微流星体撞击情况，再合理选址，考虑工程结构和防护问题。

综上所述，受限于人类对月球环境的认知程度和航天技术水平，在月球表面建立支持人员长期驻留的基地，短期内恐怕是难以实现的。

幸运的是，早在20世纪60年代末，科学家们通过分析月球遥感影像，判断月球地下存在熔岩管道。随着新一代月球轨道器获取更多月面高清影像，科学家们发现了一些洞穴，认为它们是熔岩管道局部塌陷所形成的“天窗”。

结合一些月球探测器提供的重力场数据，科学家们确认，月面之下存在深度至少数十米、宽度数十米至数百米、延伸长度从数百米到千米级不等的大量熔岩管道，有望为建设月球地下基地提供巨大的可利用空间。

相比环境极为苛刻的月球表面，月面之下的熔岩管道顶部存在厚约数十米的月壤和玄武岩，形成了天然屏障，很可能有效屏蔽宇宙射线和太阳活动高能粒子的辐射威胁，抵御微流星体轰击更是不成问题。

另外，月球熔岩管道内部温度相对稳定。科学家们间接测量发现，月球熔岩管道和地下洞穴阴影区温度在零下20～30摄氏度之间。

因此，月球表面简直是“冰火两重天”，而在工程技术和能源供应系统支持下，温度较低却更加稳定的月球熔岩管道环境有足够的潜力保障人类持续工作生活。

更令人惊喜的是，月球熔岩管道深处可能存在水冰资源，其内部储水条件比月球极区环境更优越，不排除保存着太阳风、彗星或月球早期岩浆带来的水冰资源。

② 登月前先来“模拟考”

月球熔岩管道具有得天独厚的优势，有潜力成为月球基地的理想选址。然而，人类已有50多年未踏足月球，成功降落到月球表面的探测器也屈指可数，这导致月球熔岩管道暂时对人类来说仍是可望而不可及的。

那么，在探测器和航天员深入月球洞穴探索之前，有什么办法先行开展测试，促进技术成熟，降低风险呢？镜泊湖类月球地下空间教学实习基地就是为此而生的。

事实上，在地球上模拟地外环境，支持深空探测任务研究，是科研人员屡试不爽的“妙招”。据公开资料显示，嫦娥三号探测器发射前，我国在库姆塔格沙漠与罗布泊交界处的阿克奇谷地建立了试验场，玉兔号月球车在那里进行了大量测试。

科研人员对比分析多种地球地下空间环境后认为，镜泊湖火山地下熔岩管道应该最适合建立模拟基地。主要原因是这里与月球熔岩管道的形成机制、整体形态类似，都是弯曲的半圆状洞穴，内部空间开阔，预计能满足当前研究需求。另外，镜泊湖火山地下熔岩管道的地质和气候环境相对稳定，受外界影响较少，适合持续模拟月球熔岩管道开展研究。

那么，这个类月球地下空间教学实习基地有可能开展哪些研究呢？

要知道，在月球熔岩管道内开展建设，必须“无死角”探索，排查风险因素，还要确保洞穴密封性。航天员不可能贸然深入月球地下历险，因此众多遥控机器人将担任“先锋大将”，也会在地球地下模拟基地充分测试。

机器人测试柔性机械臂。

例如，月球熔岩管道内部想必崎岖难行，科研人员打造了不同形态的机器人，有的配备柔性伸缩臂，有的装了能够灵活调整的轮足，以便自主安全探索地下深处的奥秘。它们可以在类月球地下空间教学实习基地“苦练本领”，尽量排除技术隐患，为在月球“大展身手”打好基础。

勘探曲折幽深的熔岩管道离不开机器人。

更进一步，类月球地下空间教学实习基地凭借相近的地质条件，模拟月球环境，有助于科研人员开展一系列地质勘测、地下结构成像等基础研究和前瞻性技术攻关，为探月工程培养更多实践人才。

比如，这里有望开展月球环境自动施工技术研究，利用天然地下洞穴结构，演练智能施工，“装修”月球洞室。

在此基础上，科研人员还有可能模拟月球熔岩管道的恒温低能耗环境，建设规模更大、运行时间更长、更逼真的封闭式人工生态系统，为航天器和月球基地维生系统积累技术和经验，有助于航天员和动植物“地外谋生”。

再比如，科研人员可以在模拟地下基地安装调试月震仪等传感器，建设月球蜂窝无线网，测试制取月球建筑材料，打磨升级工艺。

必要时，科研人员利用模拟地下基地与其他局部模拟月球重力、近似真空环境的科研设施，开展对比研究，有望收获更适应月球环境的科研成果。

③ 从地球到月球如何打造地下基地

在地球模拟地下基地充分演练各项技术设备后，通过多次探月任务选定合适的月球熔岩管道后，科研人员和航天员建设月球基地也不是轻而易举的，仍有不少技术难题需要解决。

纵览各国论证的月球基地方案，包括刚性舱组装、柔性舱组装、月面建筑、地下洞穴等。其中，月球熔岩管道基地虽然具备很多优势，但工程技术难度很大，仅是机器人深入月球熔岩管道勘探测绘，就不是当前技术水平的月球车能够胜任的，预计需要由航天员与人工智能机器人紧密协作。

未来在熔岩管道内部建设的月球地下基地示意图。

这意味着，在月球地下基地完工之前，航天员至少需要短期驻留月面工作，也就有必要部署供他们短暂居住的简易月面基地或舱室。例如，美国“阿尔忒弥斯计划”打算部署月面柔性充气式居住舱，建设月球前哨基地。

多数科研人员认为，类似月球前哨基地最好部署在月球极地永久光照区，便于利用太阳能发电，同时确保地形相对平坦、地质结构稳定，以便人员和物资多次落月，并部署月球科学探测和工程建设设备。

接下来，人类与机器人建设者将对月球熔岩管道进行大规模普查和详细勘测，筛选出综合条件最佳的地址，并借助地月空间通导遥星座，获得信息支持，初步修筑月面道路，便于人员和设备高效转运。

完成选址勘测和技术、物资准备后，建设者们首先要在充分掌握月球熔岩管道地形地质信息的前提下，尝试将洞口和熔岩管道各处进行密封处理，保障月球地下基地环境具备基本的气密性，更加安全可靠。

同时，建设者们将清理熔岩管道内部碎石、平整地面、加固洞壁等。为了兼顾安全和效率， 最好在航天员监视和必要遥控下，由人工智能机器人施工。

想完成这些工作，人类实施太空工程的能力需要“迈上一个台阶”，有必要在地球模拟地下基地中进行长期测试，并在探月工程中充分实践，争取技术不断升级。

那么，月球地下基地的建筑材料从哪里来？除建设初期部分特殊材料仍依赖从地球补给外，未来探月工程有必要开展大规模原位资源利用，就地取材，开发月球资源，提取、制备航天器推进剂、氧气、水及建筑材料，尽量做到自给自足。

可以说，月球原位资源利用是建设月球地下基地的技术前提。这些建筑材料在3D打印等技术辅助下，有望更高效地完成熔岩管道密封、加固和硬化作业。

月球地下基地不仅要保证运行环境密封和结构稳定性，还要解决通信、能源供应、再生式生命保障等一系列问题。

在探月任务中，可以尝试利用月球资源，制造太阳能电池板、输电线路、屏蔽辐射设施等。未来，月球地下基地将部署4G/5G移动通信网，可以利用月面太阳能发电阵列或小型核反应堆，为航天员工作、休息、娱乐稳定供应能源。

月球地下基地建设初期，重点工作可能包括制备水、氧气等，改善运输条件，高效获取补给物资，对再生式生命保障系统的需求不算太大。

随着技术进步和条件改善，建设者有可能在熔岩管道中开辟“月球农场”，完善密闭式生态系统。

放眼未来，月球基地生活必将越来越丰富多彩，为月球城市建设培养“开路先锋”。