月球南極最適合建科研站 機器人或將“值守”月球

歐洲航天局2017年9月22日發布的3D打印月球基地效果圖

　　12月11日，美國總統特朗普簽署第一份太空政策指令，宣布美國宇航員將重返月球並最終前往火星。而我國國家航天局探月與航天工程中心相關負責人日前也透露，我國正在開展月球科研站的論証，設想建立能源長期供給、自主運行、無人值守的月面基礎設施，開展以機器人為主的科學研究和技術試驗。

　　那麼，在月球探索方面國外有什麼實際動向？月球科研站大致是什麼樣子，適合建在哪裡？本版特約有關專家向讀者做些介紹。

　　月球是距離地球最近的天體，以其獨特的空間位置、廣闊的科學探索前景，成為人類地外天體探測和資源利用的首選目標。截至目前，全球共實施了100多次無人月球探測，成功實現了6次載人月球探測。從20世紀90年代中持續至今的第二次探月高潮中，實施了多項月球科學研究和新技術驗証探測活動，除美俄外，歐空局及日本、中國和印度等也相繼加入月球探測行列。

　　月球南極由於其潛在的水冰資源和特殊環境，是實現長期科研和資源開發的理想場所。近年來，世界主要航天大國都規劃了以月球資源開發利用為主要目的，包括建立月球無人科研站在內的多次探測任務。美國、俄羅斯、歐空局等紛紛將探測區域選擇在月球極區，提出建設月球基地或月球村的宏偉目標，月球探測正形成常態化、可持續的發展態勢。

　　探月成為競相爭奪的國際大舞台

　　美國，軍民融合協同推進。特朗普政府上台后，再次將注意力從火星轉回月球。目前計劃2019年發射LunaH-Map、Lunar IceCube、Lunar Flashlight三顆探月立方體衛星，2020年實施“資源勘探者”極區著陸巡視任務，實施兩次“獵戶座”飛船繞月飛行試驗。美國還將和俄羅斯合作，於2026年前建造“深空之門”月球軌道空間站，並以此為基礎實現載人登月、建設月球基地、載人登火星等目標。此外，美國還積極鼓勵民間資本開展月球探測，已向SpaceX等多家私營航天企業發放許可。

　　俄羅斯，負重前行欲重振雄風。雖然經濟壓力比較大，但俄羅斯發布了振奮人心的十年航天規劃，提出將在2025年前連續實施Luna-25月球南極著陸任務、Luna-26繞月探測任務、Luna-27月球南極著陸巡視任務。俄羅斯還計劃與歐空局聯合開展Luna-Grunt月球南極採樣返回任務，並於2030年前開始建設可容納12人的月球基地。此外，在與美國聯合開展的“深空之門”項目中，將重點承擔航天運輸方面的任務。

　　歐空局，多方聯合共同參與。此前在空間探索領域的活動主要聚焦在火星上，近年來表現出了對於月球的興趣，將參與俄羅斯主導的Luna-Resurs和Lunar-Grunt月球南極採樣返回任務。此外，2015年7月，新上任的沃爾納局長發出全球一起建設“月球村”的倡議，將其作為未來取代國際空間站，帶動深空探測發展的引領性項目，號召全世界有能力的國家共同參與，試驗新技術、實現新發現、共享新成果，建設在月球上進行科研、採礦、太空旅游等活動的永久基地。

　　其他各方，群雄逐鹿各佔一隅。日本計劃於2019年開展SLIM小型著陸驗証任務，再開展SELENE-R正式著陸任務，對月球進行原位探測。日本還規劃了2022年水冰勘查任務，與歐空局聯合研制的載人登月貨運支援月球著陸器HERACLES計劃，以及更長遠的載人月球基地計劃。當前，日本正在深入開展水冰應用前景的研究，著力解決水冰利用率和空間能量無限傳輸等問題。印度的“月船二號”探測器原計劃由俄羅斯提供著陸器、印度研制巡視器，后因合作不順，改為全部由印度研制，發射計劃推遲到2018年。韓國也計劃2018年發射月球軌道探測器，積極拓展月球探測能力。

　　月球南極自帶位置資源優勢

　　了解月球的“聚寶盆”。月球上的南極-艾特肯盆地，不僅是月球上最大最古老的盆地，也是太陽系中最大的盆地。地球上最大的撞擊坑是位於南非的弗裡德福特撞擊坑，其直徑約300公裡。而月球南極-艾特肯盆地直徑達到約2500公裡，最深處可達12公裡，是第一批留下記錄的撞擊構造，其噴發出的月球深層物質是其他區域所不具備的。通過對該盆地不同地區的研究，將極大程度地促進我們對月球內部結構和演化進程的了解，是研究月球內部的窗口。

　　儲量豐富的“生命之源”。月球南極存在永久陰影區，其中可能含有儲量豐富的水或水冰，是建設未來月球科研站的關鍵資源。2008年發射的印度“月船一號”通過對月球陰影坑中氫元素的探測，間接探測到水冰﹔2009年美國的“月球勘探軌道器”在南極永久陰影區內探測到水及豐富的有機物，估計的水含量高達5.9%。水一直都是進行地外天體探測的重要目標，月球永久陰影區水冰的存在形式、含量和分布，是未來月球探測的最重要任務之一。如果在月球南極直接發現大量水，將為人類在月球上的長期駐留、更深遠空間探測的燃料補給以及月球其它資源的開發利用提供物質保障，使月球真正發揮出深空探測前哨戰和戰略基地的重要價值。

　　長期連續的“能量補給”。月球自轉周期約為27天，也就是說在月球上一個白天（月晝）的時間約為14個地球日，所以以往的月球探測任務連續工作時間一般都不超過14天，而在月球南極則截然不同，具有得天獨厚的優勢。由於月球赤道面與黃道面成1.54°夾角，南緯88.4°-90°的區域會出現周期約為半年的極晝極夜現象，特定區域光照時間年佔比最大可達80%，探測器通過小范圍移動甚至可使光照時間達到90%以上，極長時間的連續光照，為長期開展科學探測提供了非常有利的條件。

　　機器人將“值守”月球

　　月球科研站是一個能夠長期穩定運行、具有自主決策能力，可以開展科學探測、科學研究和原位資源開發利用的綜合平台。基於我們現有的認識，月球科研站需要由中樞控制模塊、能源模塊、通信模塊、運輸模塊、原位採樣和制造模塊、科學研究模塊、人機結合模塊等基本功能組成。在月球南極附近建設科研站既可以實現部分時段與地球進行直接通信，也可以通過月球軌道中繼衛星進行通信。

　　為了建設月球科研站，基本可分為載人探測和機器人探測兩種技術途徑。隨著機器人技術的快速發展，智能化已逐步成為機器人的標簽，在3D打印、無線能量傳輸、高速率通信等技術的有力支持下，能夠用較小的代價實現絕大部分科學研究的目標。出於技術跨度、經濟可承受性、火箭運載能力、人工智能水平等多方面因素考慮，專家們認為月球探測應首先發展機器人探測技術，短期內採用機器人這種較為經濟的方式進行月球探測是較為合理的，用較少的投入實現較多的科學產出。

　　從某種意義上說，機器人將是月球科研站建設第一步的主角。通過多機器人聯合組建科研站，深化月球科學探測並驗証資源開發與利用、生物再生生命保障等技術。在此基礎上，通過載人探測和機器人探測兩種技術途徑融合發展，發展更大規模的進入空間能力、更先進的生命保障系統以及相應的配套設施，最終實現機器人長期值守、可容納宇航員短期造訪乃至長時間駐留的月球基地。

　　2018年，我國還將發射嫦娥四號探測器，實現世界首次月球背面軟著陸，走上完全自主創新、引領世界發展的道路。我國將於2020年前實現探月工程“繞、落、回”三步走發展戰略目標，具備月球到達、月面著陸、月地返回的基本能力，躋身於國際月球探測先進行列。未來，月球科研站的建設必將是我國實現從先進到卓越、從跟隨到引領的又一重要契機，不斷提升我國空間探測能力，助力航天強國、科技強國的實現。（伍清 元政）