人类深空探索边界不断扩展，青年科学家结合各自研究展望探月到驻月之路

我们距离“搬家”去月球还有多远

 

■本报见习记者刘琦

继今年6月嫦娥六号带回人类首份月背样品后，国家航天局日前宣布，中国探月工程还将通过嫦娥七号、嫦娥八号两次发射任务，为国际月球科研站打基础。

瞄准“2035年前后建设月球科研站基本型”这一目标，嫦娥七号将对月球南极的环境和资源进行勘测，嫦娥八号将验证月球资源的就地利用技术，在月球上建无线网、种菜等研究都将安排上。如果一切顺利，是否意味着未来人类有望“搬家”去月球？对此，记者采访了沪上相关青年科学家。

人类探索深空的首发站

月球不仅是夜空中引人遐思的光点，更是人类探索宇宙的第一站。在中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室主任邵宇川眼中，月球承载着科学研究、资源开发和技术验证的重要价值，是人类探索深空的“首发站”。为此，我国倡议并提出了国际月球科研站计划。

事实上，“攻略月球”早已不是“玩概念”，已成为世界主要航天国家正在努力实现的目标。2018年，国际空间探索协调工作组明确了“以国际空间站为起点，向月球进发，并最终实现载人探索火星”的深空探测发展路线思路。美国于2019年宣布“阿耳忒弥斯”重返月球计划，最终目标是在月球建立长期科研基地，为未来火星登陆奠定基础。2023年，俄罗斯重启探月计划，计划于2031-2040年间将宇航员送上月球，并在2041-2050年间建设月球基地。此外，印度也提出发展“月球经济”，希望在月球上建立基地，用于研究和采矿的计划。

探月到驻月难点何在

人类对月球的探索已有数百年之久，但仍有许多未解之谜。上海交通大学李政道研究所李政道学者李数认为，建立月球基地的前提是对月球深刻而全面的了解，需要“用基础科学之光照亮月之暗面”。

比如，粒子物理中的对撞机实验或能复现宇宙创世历史，揭开月球演化之谜。国际上有科学家提出“月球对撞机计划”，即环绕月球赤道建一个实验平台，让自然弯曲的地表成为构建环形对撞机的起点。李数说，这一“近似科幻”的设想一旦实现，将帮助人类解决许多悬而未决的基础科学问题，推动探月乃至深空探索更进一步。

能源是支撑月球探索活动的关键。邵宇川指出，由于月球几乎没有大气层，这意味着月表面临着强空间高能粒子辐射，这对月球的能源供应、能源传输、能源存储等场景提出了极高挑战。此外，月表昼夜温差极大，阳光直射时温度可达127℃，夜晚温度可降至-183℃，这对能源供应的稳定性也提出了极高要求。

物质材料的地月运输也是难题。上海交通大学材料科学与工程学院长聘副教授王洪泽表示，若是依靠火箭从地球运输材料，成本将高达8万美元/公斤。且火箭运载空间有限，运输效率不高，难以承担起“造城”的任务。

“月球基地”或许不远

能源问题上，邵宇川说，太阳能是目前实现难度最小、安全性高且能够满足月球基地前期需求的最佳选择。但月表环境对电池提出了“抗辐射、耐高低温、高能质比、柔性易折叠”的高要求。经过筛选，科学家发现光伏界的“种子选手”钙钛矿太阳能电池能够满足上述需求。

有了电之后还需要传输。据介绍，邵宇川团队自研的激光无线传能系统已实现3千瓦激光输出，只需完善散热系统和防辐照措施就有望在月球使用。中国科学院上海应用物理研究所刘瑶研究员团队发现，碳化锂（钠）负极材料在提升锂（钠）电池的低温性能上表现突出，可为月球储能提供解决方案。刘瑶预测，未来通过“光伏+储能”或将实现月球稳定供能，并通过电解水制氢与核能构建“电、氢、氧、热、水”的综合能源供应体系。

在基础设施建设方面，最有效的方式或是“就月取材”。东华大学纤维材料改性国家重点实验室成艳华教授利用月壤作为建筑材料，在砖块和混凝土中添加纤维来增强其性能，结合3D打印技术有望实现定制化、个性化、高效率的月球建造。王洪泽团队研发出的蓝激光增材制造平台是国内首台2千瓦蓝激光粉末沉积增材制造平台，能够显著提高铝、铜等金属的成形质量，有望应用于在月建筑打印和月球基地搭建。