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世界热推荐：新矿物现身，月球还会带来哪些惊喜？

来源：科普中国

9月9日，我国宣布在月球样品研究中发现了“嫦娥石”，这也是在月球上发现的第六种新矿物。其实，近年来月壤研究已经带给人们很多惊喜，比如出乎预料的水资源，还有氦-3等新能源更简易的提取方法，另有月壤特殊的建筑用途等。随着相关成果不断涌现，助力人类飞向月球的航天技术也取得进展，足以让人们对未来建设月球基地、开发月球的前景充满期待。

图源自国家航天局


(相关资料图)

惊喜发现可不少

2020年12月17日，嫦娥五号返回器携带1731克月球“土特产”返回地球，给我们提供了了解月球更多信息的良机。目前科研人员已在岩浆分异、太空风化、生物能转化等方面取得了一系列成果，初步了解到月球样品的形貌及矿物组成。这次发现的“嫦娥石”就是科研人员取得的重要成果。

“嫦娥石”是漂亮的柱状透明晶体，作为磷酸盐矿物，存在于月球玄武岩颗粒中，伴生有铁橄榄石、钛铁矿、陨硫铁等。而月壤研究是典型的前沿基础科学研究，能带动一系列相关科学技术进步，这次发现“嫦娥石”的高新技术手段就值得关注。

据悉，X射线透过矿物晶体时，与晶体内规则排列的原子相遇，发生散射，进而显示出了与晶体结构相对应的特有衍射现象。科研人员据此从14万个月球样品颗粒中分离出1个约10微米大小的单晶颗粒，并成功解析其结构。毫无疑问，类似技术手段将助力科研人员进一步深入研究月球成分，有望建构起月球演化历史模型，总结出月球环境变化规律，善加利用。

对于“嫦娥石”的用途，科研人员仍需研究，而相对更有潜在经济价值的成果同样少不了嫦娥五号返回器的功劳。

月球样本显微镜照片

前不久，我国科研人员首次成功在月壤样品中获得了未来核聚变能源资源氦-3的含量和提取参数。这为我国后续进行月球氦-3资源分布遥感侦测、估算资源总量乃至未来开发都提供了宝贵的基础科学数据。

要知道，氦-3作为未来可控核聚变的燃料，预计产生的能量是铀-235核裂变的10倍以上。从理论上讲，100吨氦-3核聚变所贡献的能量可供全人类使用1年。另外，氦-3有助于构建极低温环境，超导、量子计算机等前沿科研也将受益匪浅。

随着我国科研人员对月壤的研究逐渐深入，常温下利用钛铁矿颗粒筛选、提取氦-3，已经有了比较可行的新思路。

人类想要在月球上长期生存，最大的挑战就是获取足够的持续维持生命活动的水和氧气。传统观点对这方面比较悲观，但近年来科研人员似乎发现了更多的可能。

嫦娥五号返回器携带的月壤、月岩样品中已经发现了水资源，尤其是矿物表层中存在大量的太阳风成因水。而月球南极的万米深坑中很可能存在历史悠久的水冰，因此包括我国在内的多国下一步探月计划已经瞄准月球南极。

如果找不到足够的月球天然水资源，也有其他“补救”方法：利用月壤中的含氧铁矿物，再用氢刺激还原反应，同样有望制得淡水，人类就能迈出在月球上生存的第一步了。接下来，利用核电池或太空太阳能发电站等供能，可促使月球水资源发生电解，得到氧气和重要的能源氢气，为建设月球基地、在月面正常工作生活打下基础。

国外商业航天公司甚至提出了更大胆的方案：利用月球水资源制备推进剂，开展航天器在轨补加服务。

前往月球准备多

近年来，美国宇航局立志“重返月球”，虽然“阿尔忒弥斯”计划一再推迟，SLS方案也遭到了“不思进取”等指责，但新一轮载人登月的技术准备确实在齐头并进，不容小视。

在运输工具方面，SLS大量选用成熟技术，理论上不存在难以克服的技术障碍，而猎户座飞船和SpaceX公司负责的“星舰”载人登月舱都经过严格的技术论证和测试，成功可能较大。即使SLS实在不堪大用，“星舰”作为技术概念更激进的“替补”也有机会担当大任。

在飞行路径方面，美国宇航局放弃了“阿波罗”计划那种重型火箭直接送人登月的“简单”方案，更强调综合效益和未来潜力，先建设绕月空间站。为此，验证绕月轨道和导航设备的探测器已经出发，有望于今年11月入轨，迎来“考核结果”。如果一切顺利，猎鹰重型火箭后续将逐步发射绕月空间站舱段。

下一步，SLS和猎户座飞船将把航天员送到绕月空间站，而猎鹰重型火箭会发射改进型货运龙飞船，承担绕月空间站物资补给任务。等航天员调整好状态后，可以乘坐已事先对接绕月空间站的“星舰”载人登月舱，前往月球。

在人员设备方面，最近美国宇航局选择公理航天公司作为月面行走系统（又称月面先进航天服）的供应商，授出了价值2.285亿美元的合同。预计2025年2名航天员将穿着这款航天服在“阿尔忒弥斯-3”任务中登上月球，而美国宇航局还准备了“猎户座航天服”等新一代太空服装作为备份。

此外，西方科研人员还研究了利用人工智能算法观察月球表面的永久阴影区，初步选定月球南极附近的多个候选着陆区，并启动了多个月球漫游车项目。

其实，不仅是西方航天界怀有载人登月雄心，我国航天专家也曾公开表示：新一代载人运载火箭将在2030年左右具备送中国人上月球的能力。当前，我国正在论证载人登月方案，后续还将建造国际月球科研站。

建基地前途光明

未来人类要在月球上建立基地并长期居住，显然不能完全依赖从地球大规模投送物资，必须学会在月球上“就地取材”，借助更先进、更智能的多功能机器人，充分利用月球资源。

举例来说，科研人员发现月壤是绝佳的建筑材料，具有耐高温、隔热性强、抗辐射、高强度等特点。在缺乏大气层保护的月球表面，配合3D打印技术、特殊黏合剂、机械臂等，月壤会成为建设人员住所的理想选择。

另外，研究发现，月壤成分在催化合成甲烷、甲醇等航天推进剂以及太空种植等方面都能提供较大的助力。

可以说，深入研究月壤矿物特性，可以探寻月球资源，建设更低能耗的地外环境和生命支持系统，缓解资源供应压力，对于未来月球基地的建设和运行以及航天员生存保障、未来深空探测等都将有重要意义。

地球是人类的摇篮，但人类不可能永远生活在摇篮里。在不久的将来，月球基地会初见雏形，而在月球基地取得的成果和经验对于未来建立火星基地等也会有积极意义。此外，月球基地可以像绕月空间站一样作为“中转站”，帮助人类在此训练、“加油”，前往更遥远的外星球。

人类对月球的探索仍是“初窥门径”，存在很多有待破解的秘密。但我们可以大胆畅想，随着科学研究不断证明开发地外空间的可行性，月球基地已越来越近，开发月球也不再遥远。

关键词： 重型火箭 阿尔忒弥斯

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