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月球南极最适合建科研站 机器人将“值守”月球

2017-12-14 11:18:32
    来源: 北京日报
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  编者导读

  12月11日,美国总统特朗普签署第一份太空政策指令,宣布美国宇航员将重返月球并最终前往火星。而我国国家航天局探月与航天工程中心相关负责人日前也透露,我国正在开展月球科研站的论证,设想建立能源长期供给、自主运行、无人值守的月面基础设施,开展以机器人为主的科学研究和技术试验。

  那么,在月球探索方面国外有什么实际动向?月球科研站大致是什么样子,适合建在哪里?

  月球是距离地球最近的天体,以其独特的空间位置、广阔的科学探索前景,成为人类地外天体探测和资源利用的首选目标。截至目前,全球共实施了100多次无人月球探测,成功实现了6次载人月球探测。从20世纪90年代中持续至今的第二次探月高潮中,实施了多项月球科学研究和新技术验证探测活动,除美俄外,欧空局及日本、中国和印度等也相继加入月球探测行列。

  月球南极由于其潜在的水冰资源和特殊环境,是实现长期科研和资源开发的理想场所。近年来,世界主要航天大国都规划了以月球资源开发利用为主要目的,包括建立月球无人科研站在内的多次探测任务。美国、俄罗斯、欧空局等纷纷将探测区域选择在月球极区,提出建设月球基地或月球村的宏伟目标,月球探测正形成常态化、可持续的发展态势。

  1 探月成为竞相争夺的国际大舞台

  美国,军民融合协同推进。特朗普政府上台后,再次将注意力从火星转回月球。目前计划2019年发射LunaH-Map、Lunar IceCube、Lunar Flashlight三颗探月立方体卫星,2020年实施“资源勘探者”极区着陆巡视任务,实施两次“猎户座”飞船绕月飞行试验。美国还将和俄罗斯合作,于2026年前建造“深空之门”月球轨道空间站,并以此为基础实现载人登月、建设月球基地、载人登火星等目标。此外,美国还积极鼓励民间资本开展月球探测,已向SpaceX等多家私营航天企业发放许可。

  俄罗斯,负重前行欲重振雄风。虽然经济压力比较大,但俄罗斯发布了振奋人心的十年航天规划,提出将在2025年前连续实施Luna-25月球南极着陆任务、Luna-26绕月探测任务、Luna-27月球南极着陆巡视任务。俄罗斯还计划与欧空局联合开展Luna-Grunt月球南极采样返回任务,并于2030年前开始建设可容纳12人的月球基地。此外,在与美国联合开展的“深空之门”项目中,将重点承担航天运输方面的任务。

  欧空局,多方联合共同参与。此前在空间探索领域的活动主要聚焦在火星上,近年来表现出了对于月球的兴趣,将参与俄罗斯主导的Luna-Resurs和Lunar-Grunt月球南极采样返回任务。此外,2015年7月,新上任的沃尔纳局长发出全球一起建设“月球村”的倡议,将其作为未来取代国际空间站,带动深空探测发展的引领性项目,号召全世界有能力的国家共同参与,试验新技术、实现新发现、共享新成果,建设在月球上进行科研、采矿、太空旅游等活动的永久基地。

  其他各方,群雄逐鹿各占一隅。日本计划于2019年开展SLIM小型着陆验证任务,再开展SELENE-R正式着陆任务,对月球进行原位探测。日本还规划了2022年水冰勘查任务,与欧空局联合研制的载人登月货运支援月球着陆器HERACLES计划,以及更长远的载人月球基地计划。当前,日本正在深入开展水冰应用前景的研究,着力解决水冰利用率和空间能量无限传输等问题。印度的“月船二号”探测器原计划由俄罗斯提供着陆器、印度研制巡视器,后因合作不顺,改为全部由印度研制,发射计划推迟到2018年。韩国也计划2018年发射月球轨道探测器,积极拓展月球探测能力。

  2 月球南极自带位置资源优势

  了解月球的“聚宝盆”。月球上的南极-艾特肯盆地,不仅是月球上最大最古老的盆地,也是太阳系中最大的盆地。地球上最大的撞击坑是位于南非的弗里德福特撞击坑,其直径约300公里。而月球南极-艾特肯盆地直径达到约2500公里,最深处可达12公里,是第一批留下记录的撞击构造,其喷发出的月球深层物质是其他区域所不具备的。通过对该盆地不同地区的研究,将极大程度地促进我们对月球内部结构和演化进程的了解,是研究月球内部的窗口。

  储量丰富的“生命之源”。月球南极存在永久阴影区,其中可能含有储量丰富的水或水冰,是建设未来月球科研站的关键资源。2008年发射的印度“月船一号”通过对月球阴影坑中氢元素的探测,间接探测到水冰;2009年美国的“月球勘探轨道器”在南极永久阴影区内探测到水及丰富的有机物,估计的水含量高达5.9%。水一直都是进行地外天体探测的重要目标,月球永久阴影区水冰的存在形式、含量和分布,是未来月球探测的最重要任务之一。如果在月球南极直接发现大量水,将为人类在月球上的长期驻留、更深远空间探测的燃料补给以及月球其它资源的开发利用提供物质保障,使月球真正发挥出深空探测前哨战和战略基地的重要价值。

  长期连续的“能量补给”。月球自转周期约为27天,也就是说在月球上一个白天(月昼)的时间约为14个地球日,所以以往的月球探测任务连续工作时间一般都不超过14天,而在月球南极则截然不同,具有得天独厚的优势。由于月球赤道面与黄道面成1.54°夹角,南纬88.4°-90°的区域会出现周期约为半年的极昼极夜现象,特定区域光照时间年占比最大可达80%,探测器通过小范围移动甚至可使光照时间达到90%以上,极长时间的连续光照,为长期开展科学探测提供了非常有利的条件。

  3 机器人将“值守”月球

  月球科研站是一个能够长期稳定运行、具有自主决策能力,可以开展科学探测、科学研究和原位资源开发利用的综合平台。基于我们现有的认识,月球科研站需要由中枢控制模块、能源模块、通信模块、运输模块、原位采样和制造模块、科学研究模块、人机结合模块等基本功能组成。在月球南极附近建设科研站既可以实现部分时段与地球进行直接通信,也可以通过月球轨道中继卫星进行通信。

  为了建设月球科研站,基本可分为载人探测和机器人探测两种技术途径。随着机器人技术的快速发展,智能化已逐步成为机器人的标签,在3D打印、无线能量传输、高速率通信等技术的有力支持下,能够用较小的代价实现绝大部分科学研究的目标。出于技术跨度、经济可承受性、火箭运载能力、人工智能水平等多方面因素考虑,专家们认为月球探测应首先发展机器人探测技术,短期内采用机器人这种较为经济的方式进行月球探测是较为合理的,用较少的投入实现较多的科学产出。

  从某种意义上说,机器人将是月球科研站建设第一步的主角。通过多机器人联合组建科研站,深化月球科学探测并验证资源开发与利用、生物再生生命保障等技术。在此基础上,通过载人探测和机器人探测两种技术途径融合发展,发展更大规模的进入空间能力、更先进的生命保障系统以及相应的配套设施,最终实现机器人长期值守、可容纳宇航员短期造访乃至长时间驻留的月球基地。

  2018年,我国还将发射嫦娥四号探测器,实现世界首次月球背面软着陆,走上完全自主创新、引领世界发展的道路。我国将于2020年前实现探月工程“绕、落、回”三步走发展战略目标,具备月球到达、月面着陆、月地返回的基本能力,跻身于国际月球探测先进行列。未来,月球科研站的建设必将是我国实现从先进到卓越、从跟随到引领的又一重要契机,不断提升我国空间探测能力,助力航天强国、科技强国的实现。

责任编辑:严珊
关键词阅读:月球;机器人;科研

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