這次美國載人登月，為什么把登陸地點選在這兒？

◎ 中國空間科學學會理事長、中國科學院國家空間科學中心原主任 吳季

阿爾忒彌斯計劃在月球南極著陸的原因有三：

· 首先月球南極存在一些常年無法被陽光照到的、永久黑暗的隕石坑，這些隕石坑底部有可能存在水冰。

· 其次，月球南極能夠被陽光照射到的高地可以連續(xù)獲得太陽光的照射，不會被長時間的月夜困擾。

· 最后，由于連續(xù)光照，該地區(qū)的溫度變化不大，這可以大大地降低研發(fā)載人登月技術設施的難度。

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如今，距離人類最后一次從月球上離開，已過去了50年，人類再也沒有去過月球。2004年，美國政府在其新的空間探索計劃中提出重返月球，并以此為跳板實施載人登陸火星計劃，宣告了其重返月球計劃的再次啟動。2017年， NASA正式啟動了阿爾忒彌斯（Artemis）計劃，該計劃旨在于2024年實現(xiàn)人類重返月球。

而最近備受關注的“太空發(fā)射系統(tǒng)”（SLS）重型火箭則是美國重返月球計劃的關鍵一步。

月球南極登陸，有好處也有不利因素

與阿波羅計劃不同，阿爾忒彌斯計劃在月球的南極著陸。近期，NASA公布了13個月球南極附近的預選著陸區(qū)。之所以選擇南極，主要有3個原因。

第一，在月球南極存在一些常年無法被陽光照到的、永久黑暗的隕石坑。經(jīng)過雷達回波探測，科學家判斷在這些隕石坑底部有可能存在水冰。如果科學家的推斷被證實，這些水冰不但可以支持未來人類月球基地對用水的需求，還可以通過電解水提取氫氣和氧氣，為火箭發(fā)動機提供燃料。要知道，從月球上生產(chǎn)燃料為飛船加注，比將這些燃料從地球上帶過去要便宜得多，這樣可以大大降低人類探索深空的成本。

第二，月球南極能夠被陽光照射到的高地，可以連續(xù)獲得太陽光的照射，每年的連續(xù)光照時間甚至可達10個月，不存在月球低緯度地區(qū)長達14個地球日的月夜。

第三，由于連續(xù)光照，該地區(qū)的溫度變化不大，不像在月球低緯度地區(qū)，晝夜溫差會超過250攝氏度。這可以大大地降低研發(fā)載人登月技術設施，如生命保障系統(tǒng)、航天服設計等的技術難度。

盡管如此，降落在月球南極，并在那里建立人類科研和生活基地，也存在著很多不利的因素：

首先，那里沒有平坦的月海，多高山峽谷，降落起飛都會十分困難，因此對著陸時機的要求很高，一旦錯過原定著陸點，下一次著陸能找到另一塊平坦的備選著陸點的可能性很小。

其次，高地上平坦的活動空間不多，也不利于載人月球車的移動。

此外，保存有水冰的永久黑暗隕石坑底部見不到陽光，因此探測水冰的探測器和挖掘機械的能源供給必須由位于高地的基地供給，因此基地到坑底的能源輸送需要額外的基礎設施，必須事先建設好，才能進入水冰的提取和燃料生產(chǎn)階段。

一旦克服寒冷月夜，月海或更適合建立基地

相比之下，如果將載人登月和以后基地建設的地點選擇在月球北緯、中緯度等靠近零度經(jīng)線的月海中，除了沒有南極那樣的水冰、月夜能源需求高和晝夜溫差大以外，其他方面都是優(yōu)點。比如，月海中地勢平坦，非常適合飛船的起飛和降落，也方便載人月球車的長距離駕駛，擴大了人員活動的范圍。此外，月海的月壤中有大量的氧化物，通過還原法也可以提煉出液氧燃料，只是復雜度比從水中提取要高，要消耗更多的能源。而且在不遠的未來，一旦相關技術成熟，還可以從月海的月壤中提取核聚變?nèi)剂虾?3。

在中緯度的月海中著陸，最大的困難是要克服長達14個地球日的寒冷月夜。不過，目前有很多相關研究工作正在展開，為解決月夜問題提供可行的方案。比如在月日高溫時，將月球表面大量的熱能存儲下來，在月夜期間慢慢釋放；還有利用月壤中的硅就地建造大面積、高靈敏度的太陽能帆板，使其在月夜期間，也可以利用地球對太陽光的反射光，產(chǎn)生一定量的電能；再有就是在月球軌道上布局帶有太陽能反射鏡的月球衛(wèi)星，將太陽光反射到基地的大面積太陽能帆板上進行發(fā)電。當然，如果小型安全的核能發(fā)電站能夠盡快突破其關鍵技術，就可以更容易地解決中緯度月球基地的月夜能源需求問題。

至于宇航員的生活用水，似乎并不是很大的問題。因為根據(jù)地球軌道空間站發(fā)展出來的循環(huán)利用技術，水的循環(huán)利用率可以達到約90%，再加上不斷從地球向月球進行少量的水補給，宇航員的生活用水是可以得到滿足的。

綜上所述，除了NASA正在關注的月球南極著陸方案，在月球北緯、中緯度地區(qū)的月海中建立載人登月基地，也已受到越來越多相關機構的關注，并已開始布局多項研究。

伴隨著各項登月計劃的實施，人類在近期重返月球的目標一定會成為現(xiàn)實。作為中華民族偉大復興征程中必不可少的一項舉措，也是我國載人航天計劃發(fā)展的必然選擇，伴隨著中國地球軌道空間站任務建設的完成并進入應用階段，中國也開始論證下一階段的載人航天任務，其中一個重要的目標就是載人登月。中國人登上月球的夢想也會在不遠的未來變?yōu)楝F(xiàn)實。

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技術創(chuàng)新降低成本，推動載人登月計劃“回歸”

為什么人類在阿波羅計劃之后，就再也沒有登上過月球呢？其實，最主要的問題是經(jīng)費問題。在美蘇“太空爭霸”的年代，美國政府因為政治原因，在阿波羅計劃中投入了大量的經(jīng)費，最高峰的時候，政府預算的6.5%都投到了阿波羅計劃中。但是在那之后，政治上的需求就不再那么緊迫，繼續(xù)登月的政治意義大大降低，美國政府也就不會再拿出那么多錢投入到太空探索的項目中了。

人們不禁要問，以上世紀60年代的技術能力也許人類登月需要花費巨額經(jīng)費，現(xiàn)在的技術已經(jīng)比那時先進了不知多少倍，還需要花費那么多錢嗎？這就要說一下政府航天任務的特點了。政府航天任務因為花的是納稅人的錢，所以總是要確保萬無一失，特別是載人航天任務，更是不能出半點兒差錯。盡管這么多年過去了，但政府航天任務的這個特點一直沒變。因此，雖然技術進步了，但是任務的成本并沒有減少，甚至比之前還要更高了。這就是為什么50年過去了，人類一直沒有再次回到月球上去。甚至當時阿波羅登月用的，人類迄今為止推力最大的火箭——土星5號，都已經(jīng)不復存在了。

但是，近年來這種情況有所改變。一方面，商業(yè)航天逐漸興起，由于經(jīng)費來源不同以及市場的推動作用，人類進入太空的成本通過技術創(chuàng)新和回收復用技術的發(fā)展一降再降，目前已經(jīng)降到了政府航天成本的1/10；另一方面，歐洲、日本、中國和印度等都紛紛啟動了經(jīng)費體量適中的月球探測計劃。特別是中國的“嫦娥工程”連續(xù)成功實施數(shù)次，其中有3次成功著陸，還有1次成功地將月球樣品帶回了地球，這些計劃在不同程度上都打破了上世紀六七十年代美國和蘇聯(lián)對月球探測的壟斷，“太空競賽”的壓力也迫使各國加快推動相關技術的試驗與研發(fā)，間接推動了載人登月計劃的實施。

來源：科技日報

編輯：王宇

審核：岳靚

終審：王婷婷

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