在月球熔巖管內造人類基地研究提供可行性方案

科技日報記者 雍黎

我國將在2028年左右建成月球科研站基本型，近日，中國工程院院士、中國探月工程總設計師吳偉仁透露的這一消息讓不少網友激動。月球基地將如何建？

12月7日，記者從重慶大學獲悉，最新一期《空間科學與技術（英文）》期刊刊發由重慶大學謝更新團隊聯手北京空間機電研究所果琳麗研究員的研究文章，該研究探討將月球熔巖管用于人類居住的可行性，并提出利用地球溶洞模擬地外熔巖管的方案設想，這一方案可行性得到國際認可，并將在重慶選擇喀斯特溶洞作為模擬場地，開展相關研究和試驗。

利用月球熔巖管建立月球基地

“人類設想能在地外星球上長期生存，就必須建立一個安全、穩定、低功耗可長期使用的居住地。”重慶大學先進技術研究院院長、教育部深空探測聯合研究中心常務副主任謝更新教授表示，月球熔巖管是近年來發現的一類特殊月球地質結構，是經過火山活動在月球形成的空心管狀洞穴。由于月球熔巖管有堅硬的玄武巖頂，其內部環境因素的變化都相對穩定，如溫度、輻射劑量和隕石撞擊概率，理論上為人類在月球的長期居住提供了理想的棲息地。

研究人員對利用月球熔巖管建立月球基地的合理性進行了論證。在月球基地能耗估算上，有人月球基地運行中涉及的封閉系統需要的外部能量主要包括：乘員呼吸、植物光合作用和內部溫度控制，特別是月球表面溫差將達到300度以上，在月表建立基地將消耗巨大的能源。研究表明，在面積約8000平方米、高度約50米的半圓形隧道洞穴中，保證一個容納8名航天員的月球基地維持運轉所需的最低能耗約為145.5千瓦。“這一能耗大大低于在月面建設基地。”謝更新表示，從能耗上估算，熔巖管是建立月球基地的最佳選址地。

在月球熔巖管基地安全評估上，相比月球表面，月球熔巖管所受輻射小且極端條件較少，這些優點使其更適合用于建立月球基地。研究顯示，月表6米以下的熔巖管基本上免于宇宙射線和太陽輻射的傷害；在地下1米以內的深度，太陽耀斑和太陽粒子事件(SPE)基本不會影響到熔巖管內部環境。

同時，熔巖管還有免受隕石擊穿風險，因為位于月表下面，能夠很好抵御月球塵埃，這是由月球表面的小碎片在太陽風的作用下形成的帶電塵埃，可以吸附在任何設備上，具有研磨性，對人和機器非常有害。月球熔巖管在月球上的長期存在亦證明其結構足夠穩定，可以承受月震的影響，這與在月球表面建造基地相比具有明顯的優勢。

“目前月球探測活動已發現月球上有300多個洞穴入口——‘天窗’。”謝更新表示，“天窗”是由活動熔巖管坍塌而形成的坑，這300多個天窗，可以是天然的月球基地備選地。

月面下建設月球基地需解決兩大難題

論證了在月球熔巖管內建造人類基地的可行性后，謝更新和果琳麗團隊還將在重慶利用溶洞模擬月球熔巖管進行驗證研究。

“地球溶洞在內部結構、自然環境和隔絕外界環境三個方面可以很好地模擬月球熔巖管情況。”謝更新表示，雖然地球溶洞和熔巖管的形成機制和環境不同，但其大小相似，都是彎曲的半圓形洞穴，溶洞提供的空間可以滿足現階段的研究需求。在自然環境方面，溶洞和熔巖管的環境都相對溫和，酸堿度都為弱堿性，空氣質量上也都受外界影響少，內部環境也極少受到外界環境影響。

據了解，團隊計劃利用重慶的喀斯特地貌，尋找合適的溶洞，采用溶洞模擬地外天體熔巖管的內部環境，通過封閉溶洞實現與外部環境的完全隔離。溶洞實驗包括洞室自動施工技術和就地利用技術以及人工生態系統實驗。采用導光管將陽光引入生態實驗室，為作物生長提供陽光，并開發自動能源控制系統。