探秘月球

探秘月球 组号 01 组号 01 湖南科技职业学院软件学院 湖南科技职业学院软件学院 ISAS文档 ISAS文档 课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 名 称 月 球 探 秘 月 球 探 秘 专 业 软件技术 (NIIT认证方向) (NIIT认证方向) 班 级 NIIT 3091 NIIT 3091 学 期 第五学期 指 导 教 师 黎凯还 课 题 成 员 尹萧毅 邓思捷 朱若超 宋芸龙 二零一一年十一月 二零一一年十一月 引 言 目录 一、诞生之谜........................................................................................................... 2 1.1分裂说 ......................................................................................................... 2 1.2俘获说 ......................................................................................................... 2 1.3同源说 ......................................................................................................... 3 1.4碰撞说 ......................................................................................................... 4 1.5月球说 ......................................................................................................... 5 1.6其他............................................................................................................. 5 外星文明传说 .................................................................................................... 6 二、月亮对地球的影响 ........................................................................................... 7 2.1对地球的引力 ............................................................................................. 7 2.2对生物的影响 ............................................................................................. 8 2.2.1植物成长 ............................................................................................ 8 2.2.2影响人性 ............................................................................................ 9 2.2.3滑银汉鱼月夜狂欢 ............................................................................. 9 2.2.4月经也是月亮引起的 ....................................................................... 10 2.3月球灾难说 ............................................................................................... 11 三、探索之旅......................................................................................................... 14 3.1月球研究初期 ........................................................................................... 14 3.2初探月球奥秘 ........................................................................................... 15 3.3月球号探测器 ........................................................................................... 16 3.4勘测者探测器 ........................................................................................... 173.5人类登月探索 ........................................................................................... 19 四、月球的未来 ..................................................................................................... 21 4.1月球上丰富的自然资源 ............................................................................ 21 4.2美多家私营公司 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 赴月球开采矿产资源 .............................................. 31 4.3我国月球探测的发展战略与科学目标.................... 错误～未定义书签。32 4.4中美关注月球资源 .................................................. 错误～未定义书签。34 1 一、诞生之谜 主讲人:邓思捷 1.1分裂说 这是最早解释月球起源的一种假设。早在1898年，著名生物学家达尔文的儿子乔治?达尔文就在《太阳系中的潮汐和类似效应》一文中指出，月球本来是地球的一部分，后来由于地球转速太快，把地球上一部分物质抛了出去，这些物质脱离地球后形成了月球，而遗留在地球上的大坑，就是现在的太平洋。这一观点很快就收到了一些人的反对。他们认为，以地球的自转速度是无法将那样大的一块东西抛出去的。再说，如果月球是地球抛出去的，那么二者的物质成分就应该是一致的。可是通过对“阿波罗12号”飞船从月球上带回来的岩石样本进行化验分析，发现二者相差非常远。 1.2俘获说 这种假设认为，月球本来只是太阳系中的一颗小行星，有一次，因为运行到地球附近，被地球的引力所俘获，从此再也没有离开过地球。还有一种接近俘获说的观点认为，地球不断把进入自己轨道的物质吸积到一起，久而久之，吸积的东西越来越多，最终形成了月球。但也有人指出，向月球这样大的星球，地球恐怕没有那么大的力量能将它俘获。 图1.1 月球 2 月球进入地球引力圈后，受到很多力的作用才留在卫星轨道上绕行。俘获月 球主要有四种力，即地球引力、太阳引力、潮汐力和原始大气的阻力。 一般来说，飞进地球引力圈的小天体，包括月球在内受到最大的力就是地球引力。然而，仅有地球引力，俘获后的小天体轨道未呈椭圆形。地球引力加上太阳引力之后，使小天体轨道有了改变。在地球和太阳引力作用下，进入地球引力圈内的小天体的轨道也不完全是椭圆形的，而且飞行若干周之后必然脱离引力圈跑掉，不可能留在卫星轨道上。 但是，月球并未脱离地球引力圈跑掉，这是由于原始大气的阻力在起作用。地球引力圈内的原始大气阻力对飞来的月球起了急剧的制动作用，使月球失去一部分能量，轨道半径变小，便跑不掉了。 如此说来，月球因受大气阻力作用轨道半径越来越小，岂不是早晚也得掉到地球上来，与地球相撞吗?不必担心，当月球飞进地球引力圈时，原始大气已开始逐渐飘散，月球所受的大气阻力越来越小，原始大气消失后，月球所受阻力也随之消失，因而轨道半径没有变小，也没有与地球相撞。 大气阻力消失后，还有潮汐力在起作用。在潮汐力作用下，月球公转速度加快，离心作用强化，轨道反而向外推移。通过观测得知，目前月球轨道半径事实上每年大约增加3厘米。 在上述四种力的作用下，使月球在被俘后既未掉到地球上来，也没跑到引力圈外去，始终在卫星轨道上运行，与地球长期相伴。 月球来自哪里,这是一个人们在不断探求的问题，近年来，随着行星演化理论的飞跃发展以及现代电脑技术的广泛应用，又出现了一种月球起源的新学说，叫做新俘获说。但在这之前，还有外星人一说。 经过一些科学家的调查，发现月球中心是空的，也就是说，月球有可能是外星人建造、驾驶的聚集地或飞船。 1.3同源说 这一假设认为，地球和月球都是太阳系中浮动的星云，经过旋转和吸积，同时形成星体。在吸积过程中，地球比月球相应要快一点，成为“哥哥”。这一假设也受到了客观存在的挑战。通过对“阿波罗12号”飞船从月球上带回来的岩 3 石样本进行化验分析，人们发现月球要比地球古老得多。有人认为，月球年龄至少应在70亿年左右，而地球的年龄只有46亿年。 1.4碰撞说 该理论认为，约45亿年前，一个比火星更大的行星，名叫塞亚，以每小时4000公里的飞行速度猛然撞击早期的地球，力度如此之大，以致这个行星的铁质核一直撞到了我们地球的中心。碰撞结果是产生巨大爆炸，伴随有6000?以上的高温。地球在爆炸的冲击下变了形，这个采取“自杀行为”的巨大天体的大部分与地球融合，只有一部分作为炽热的蒸汽与其他碎片一道汹涌地喷射入外层空间，后来这些蒸汽冷却下来并凝固成尘埃，尘埃与其他碎片混杂在一起形成了一个核，这个核后来凝聚成团，我们的邻居,,灰色的月球从此诞生了。 图1.2 原始行星与地球相撞形成了月球 《自然》杂志上公布了科学家用计算机模拟月球形成过程的成果。据他们的模型，月球是在46亿年前太阳诞生后不到1亿年时，由一个火星大小的物体撞击地球产生的。 这个模型的研究者卡那珀描述了这一惊心动魄的过程:一个黑暗的比地球大不到一倍半的原始行星在运行中和地球相遇，从侧面给了地球一击，使地球绕自己的轴旋转起来，撞击的冲击力从地球的外层和这个无名撞击物上撕下了部分物质，其中大约一半最后形成了月球。另一些被撕下来的物质被加热到不可想象的程度，蒸发后膨胀。 4 1.5月球说 这是近年来关于月球成因的新假设。1986年3月20日，在休士顿约翰逊空间中心召开的月亮和行星讨论会上，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的本兹、斯莱特里和哈佛大学史密斯天体物理中心的卡梅伦共同提出了大碰撞假设。这一假设认为，太阳系演化早期，在星际空间曾形成大量的“星子”，星子通过互相碰撞、吸积而长大。星子合并形成一个原始地球，同时也形成了一个相当于地球质量0.14倍的天体。这两个天体在各自演化过程中，分别形成了以铁为主的金属核和由硅酸盐构成的幔和壳。由于这两个天体相距不远，因此相遇的机会就很大。一次偶然的机会，那个小的天体以每秒5千米左右的速度撞向地球。剧烈的碰撞不仅改变了地球的运动状态，使地轴倾斜，而且还使那个小的天体被撞击破裂，硅酸盐壳和幔受热蒸发，膨胀的气体以及大的速度携带大量粉碎了的尘埃飞离地球。这些飞离地球的物质，主要有碰撞体的幔组成，也有少部分地球上的物质，比例大致为0.85:0.15。在撞击体破裂时与幔分离的金属核，因受膨胀飞离的气体所阻而减速，大约在4小时内被吸积到地球上。飞离地球的气体和尘埃，并没有完全脱离地球的引力控制，他们通过相互吸积而结合起来，形成全部熔融的月球，或者是先形成几个分离的小月球，在逐渐吸积形成一个部分熔融的大月球。 1.6其他 到目前为止，几种假说都没有取得强有力的证据，因此产生了“月球??宇宙飞船说”。 月球年龄之谜:从月球带回的岩石标本，可据以测定月球的年龄。经分析发 年龄最大的岩石相比，月球岩石99%的年龄更长。1973年，世现，与地球上90% 界月球研讨会上曾测定一块月球岩石年龄为53亿岁，而地球上最古老的岩石是37亿岁。有些科学家提出，在地球形成之前，月球早已在星际空间形成了。 这个理论后来被认为是错误的,因为地球岩石必然经历了风化作用和板块运动以及造山运动导致了过于古老的岩石难以保存,另一方面地球的体积比月球大的多,形成期冷却速度也要慢的多,早期岩石的形成自然也要晚的多。 另外，还有月球环形山形成之谜、月球土壤的年岁比岩石年岁更大之谜、月球受撞击发出巨响之谜、月球上不锈铁之谜、干燥的月球上大量水气之谜,另外 5 还有月球是不是外星人基地一说，以及月球上发现英文字母，美国二战飞机和疑似月球内部入口洞穴等谜团。 外星文明传说 1968年12月21日，美国在肯尼迪航天中心向月球发射了第一艘探测飞船，当这艘飞船进入月球轨道之后，宇航员在100公里高空用望远镜照相机拍摄了第一张月球背面照片。许多年后，人们在研究这些照片的时候意外发现，在火山口中有一个巨大的圆形物体，它十分规则，不像是自然之物，看上去好像正在着陆或起飞。 从“阿波罗”8号开始，10号、11号、16号、17号都曾目击或拍摄过月面不明飞行物的照片，甚至早在1966年，美国的“月球轨道环形飞行器”2号就发现，在月面上有一些排列有序的12,23米高的塔状建筑物，随后，前苏联的宇宙飞船也发现了这些建筑。 6 二、月亮对地球的影响 主讲人:宋芸龙 2.1对地球的引力 月球是地球的唯一卫星，对地球具有引潮力的作用。科学家们已经研究证实，月球引潮力不仅能诱发地震、对人体健康和生物活动产生影响，而且对地球的天气气候也有影响。 图2.1 一是月球引潮力能使地球自转轴的倾斜角保持稳定，从而使地球的气候相对稳定。如大家所知，月球和地球作为两个不同的天体，相互之间具有引力作用，现在地球自转轴的倾斜角变化在5度以内。但是如果没有月球，地球自转轴的倾斜角会以数百万年为一周期由0—50度变化，地球气候因而也会大幅度变化，最终将使地球成为生物无法生存的环境。 其次是月球引潮力还会掀动大气，形成所谓的“气潮”。“气潮”可以影响气压和天气，比如满月时的气压就往往较低，古希腊人认为新月两头发红连续三 7 个夜晚，就要当心发生风暴;美国国家大气研究中心也发现，全美国最厉害的暴风雨发生在新月后1—3天或月圆后的3—5天。因此，有人主张在预报天气时应考虑月相。 其三，月圆之夜地球还会稍许变暖。这是美国亚利桑那州立大学的气候学专家罗伯特?巴林和兰德尔塞维尼通过分析气象卫星的观测结果后发现的。在过去的15年间，气象卫星精确测定了月光照射后产生的地球表面温度的细微变化，结果发现满月时地球的平均气温上升了0.017摄氏度。 实际上，月球本身并不发光，它是通过对太阳光的反射向地球传送热量的，满月之际亮度最高，此时照射到地面上的月光大约携带着每平方米0.0102瓦的热量。 美国太空总署的科学家谢鲁?皮尔逊博士研究指出，在太阳系最初形成时，月球即受到地球的牵引而为它的卫星，而月球在被扯到靠近地球的过程中，曾经对地球产生了极大的影响。 当月球接近地球时，地球表面的海洋出现强烈的潮汐起伏，这种起伏所引起的巨大摩擦力，使地球温度剧增，导致地心熔化，地心的岩浆在高温及高牵引力的作用下，出现旋转式的滚动，其结果产生了磁场，这个“超巨”的磁场，对地球形成了一个“保护盾”，减少了来自太空的宇宙射线的侵袭，地球上生物得以生存滋长，全赖这个磁场保护盾的庇护，如果没有这个保护盾，外来的辐射线，会将最初出现在地球上的生命幼苗全部杀死。 2.2对生物的影响 2.2.1植物成长 在月照下，植物生长的速度快、长得好，特别是对于几厘米高、发牙不久的植物，如向日葵、玉米等最有利，当花枝因损伤出现伤口时，月亮还能清除伤口中那些不能再生长的纤维组织，加快新陈代谢，使伤口愈合。 8 图2.2 月光也会促进植物生长 月相的变化对植物的播种也有影响，胡萝卜、白萝卜、西红柿、芹菜、白菜等适宜在上弦月时播种，茄子、洋葱、韭菜、南瓜等适宜在新月时播种。 2.2.2影响人性 人与月球的关系也十分密切，精神病学家指出，人体约有80%是液体，月球引力也能像引起海洋潮汐般对人体中的液体发生作用，造成人体的“生物高潮”和“生物低潮”，满月的时候，生物潮处于高峰，月亮对人的行为影响比较强烈，这时人的头部和胸部的电势差比较大，人容易激动，情绪最不稳定，最易出事。比如青年人喜欢在月夜谈情说爱，而嗜酒者和精神不太正常的人常在月夜发作。美国伊利诺斯州立大学教授毛雷斯甚至指出，人类的谋杀、毒害、抑郁和心脏病等与月亮的盈亏也有一定关系 2.2.3滑银汉鱼月夜狂欢 月亮上一片死寂，发现任何生物(不管是活的还是死的)的机会几乎等于零。不过，其实在与之远隔38万千米的地球上，倒有一批生物实实在在受着月亮的影响。 最著名的例子是加利福尼亚滑银汉鱼(Leuresthes tenuis)。从三月到七月，每个新月或者满月的夜晚，成群的滑银汉鱼都会随着潮水来到沙滩上，开一场疯 9 狂的派对。这些看起来有些类似沙丁鱼的小鱼跳到沙滩上，雌鱼把卵产到沙中，雄鱼则在周围扭动让卵受精。尔后，这些鱼将随回落的潮水返回大海。不过，滑银汉鱼并不是看着月亮行事的，它们听从的是潮水的召唤。新月和满月之时，地球、月球和太阳在一条直线上，这时月球和太阳的引力形成合力，让大海产生更高的潮水。滑银汉鱼在这个时候上岸产卵，可以保证受精卵在未来14天中不再受海水侵扰，避开海水中的猎食者。滑银汉鱼的孵化期，恰好是10—14天，当下次高潮位海水把受精卵淹没时，小鱼便回到了海中。 另外一类跟月亮保持默契的生物是珊瑚虫。珊瑚一生的绝大多数时间都被禁锢在自己分泌的石灰质牢房里，所以四处约会是件几乎不可能完成的任务。它们只好约定一个集体相亲的时间。每年晚春某个满月后的第四天，许多种类的珊瑚会不约而同产卵或者排精，完成繁殖。很多海洋生物学家研究认为，集体狂欢的信号，就是满月的月光 2.2.4月经也是月亮引起的 不管是中文还是英文，月经都跟月亮有显而易见的联系。人类平均的月经周期是28天，这跟一个月的时间很接近。于是长久以来，人们认为月亮是这一周期的肇因。有人认为月光的变化促成了月经周期。事实上，人和许多动物的确对光线有着特殊的反应:光照会抑制褪黑素的分泌，从而促使性腺分泌并影响其他多种生理反应，比如人在阴沉的日子或者日照较短的冬天容易抑郁。然而相信月光影响了月经周期的人显然高估了月光的亮度，满月时候月光的强度大约只有正午阳光强度的四十万分之一。晒20秒钟太阳获得的光照就相当于你沐浴一年月光。月光太微不足道了。 另外一种说法认为人像滑银汉鱼，潮汐使人的体液发生了“涨落”，引发了月经。这些人没有学好万有引力定律。月球对我们的引力，仅相当于距离我们一厘米外51.25千克物体产生的吸引。如果月球的引力导致女性月经，那当一列地铁从我们面前呼啸而过的时候，难道我们就要七窍流血吗, 更重要的是，如果确由月球促成月经，那每个女性的月经周期将是29天12小时44分3秒(月相周期)，或者27天7小时43分11秒(月球公转周期)。而 10 且，地球上同一地理位置的人，将在同时来月经，这太可怕了。 事实上，人类28天的月经周期，完全是偶然的结果。其他动物的月经周期长短不一，比如小鼠5天，豚鼠11天，绵羊16至17天，牛21天，猕猴 24至26天，狐猴29天，黑猩猩37天。特别提醒大家，只有包括人在内的少数灵长类动物存在月经现象，其他多数哺乳动物尽管有发情周期，却不会出现月经现象(子宫流血)。养过小狗小猫的朋友也许注意过，小宠物偶尔会出现极少量的周期性出血，那是排卵出血，而非月经。其实，女孩子也偶尔会出现排卵期出血，而被误认为一个月来了两次例假。 2.3月球灾难说 据国外媒体报道，由于一些媒体称近期将出现的“超级月亮”将引发地球灾难，而一些占星家的言论，更是让这种谣言甚嚣尘上。其实，这种争议完全是杞人忧天，只要有科学的态度，就能明白什么是“超级月亮”。所谓的“超级月亮”就是指2011年3月19日，月球距离地球的距离只有356577公里，比过去 18 年中的任何时候都要近。而在满月的时候，月亮将会变得比以往都要大许多。 图2.3 超级月球 11 著名占星家理查德•诺勒把即将到来的近地点满月称为“超级月亮”，并把它和许多灾难性事件联系起来，如地震，火山喷发，大风暴等。但是事实上应该注意的是，占星术并不是真正意义上的一门科学，而只是把灾难与神秘事件联系在一起的玄学。 人们是否应该为即将到来的“超级月亮”而开始建造诺亚方舟呢,事实上这个问题并不是异想天开，在过去的几十年里，科学家一直在对相关现象进行一系列的深入研究. 即使在普通的地月距离范围内，月球也能够对地球产生一系列的影响，比如潮汐作用。 月球引力对地球产生的作用虽小，但也可以测量。潮汐最大的时候通常是满月或者新月。华盛顿大学地震学家、环太平洋西北区地震网负责人约翰•维达尔称，无论是太阳还是月亮，其引力对于地球都会有或多或少的压力，当三者排成一条直线的时候，也就是我们说的新月或者满月的时候，地震活动会有1%的增幅，而火山活动也会有相应的变化。 地震活动对于潮汐影响在缓冲区最为明显，环太平洋西北区就是一个典型。华盛顿大学另一位地震学家威廉•威尔考克说到:因为出现低潮，海水变浅，因而海床的压力就比较小。根据威尔考克的观点，在低潮期缓冲区的地震活动会比当天其他时候频繁10%。不过目前为止威尔考克并没有观察到地震活动与满月或新月时低潮之间所谓的联系，而维达尔也只是观测到一点微乎其微的相互联系。 那么在“超级月亮”到来的时候，到底会发生什么呢, 当3月19日到来的时候，是否会真的如推测一样发生地震或火山爆发呢, 科学家认为:地球和月亮之间距离的改变虽然会造成一点微小的影响，但这个影响不会大到足以改变潮汐高度从而带来巨大的灾难。 美国地质勘探局地球物理学家约翰•贝利尼表示:科学家已经就月球如何影响地球做了多方面的研究，虽然影响是的的确确存在的，但是这个影响又小到足以忽略. 同时潮汐对于地震的影响也没有大家想象的那样明显。 大部分的自然灾害实际上和月亮是毫无联系的，地球内部无时无刻不在积聚能量，而在任何时候，这样的能量都有可能会从地球的某一点释放出来。“超级 12 月亮”或许不会让这个能量超过临界点释放出来。 13 三、探索之旅 主讲人:尹萧毅 3.1月球研究初期 在天文学发展的早期天文学家已经对月球周期有深刻的理解:如大约在西元前5世纪，巴比伦天文学家已经知道月食有大约18年的沙罗周期 ，印度天文学家已经对月球每个月的距角进行描述，中国天文学家石申(fl. 4th century BC) 确定了一套预测日食月食的 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 。之后，月球的天然形状和月光的成因也被了解，古希腊哲学家阿那克萨哥拉(d. 428 BC)推断太阳和月球都是巨大的岩石球体，而且后者通过反射前者的光来发光。虽然中国在汉朝时认为月球等同于“气”，他们的“辐射影响”理论还认识了月球的光只是反射自太阳，并且京房(前77年—前37年)注意到月球是球体。在西元499年，印度天文学家Aryabhata在他的Aryabhatiya记录了月球的耀眼光芒是反射阳光的缘故。天文学家兼物理学家海什木 (965–1039) 发现月球不是像镜子那样反射阳光，而是从月球表面的每一个地方向所有的方向发射出去。中国宋朝的沈括 (1031–1095) 创造一个被涂上白色粉末的银球反射阳光，来解释月相的变化，而当从侧面看时就能呈现眉月的月相。亚里士多德的 (384–322 BC) 宇宙的描述，月亮标示出可变元素 (土、水、风和火) 的球和不朽的恒星 (乙太)之间的边界，一个有影响力的哲学主导的世纪。然而，在西元前2nd世纪，塞琉两亚的西流基的理论正确的认为潮汐是月球引力引起的，因为朝汐的最高点都与月球相对于太阳的位置相对应。在同一个世纪，阿里斯塔克斯计算月球的大小和距离大小和距离，获得地月的距离是地球半径的20倍，这些数值再被托勒密 (西元90–168年)改善:他的数值是平均距离是地球半径的58倍，直径是地球的0.29;很接近现在的值，非常接近现在个别的值60和0.273。阿基米德 (287–212 BC) 发明了可计算当时已知行星和月球运动的天象仪。 14 图3.1 人类在月球工作 在中世纪望远镜发明之前，已经有越来越多人认识到月球是一个球体，但许多人却认为它的表面是非常平滑的。在1609年，伽利略在他的书Sidereus Nuncius中使用了第一架伸缩望远镜描绘的月球，并且注意到他并不是光滑的，而有着环形山和山。望远镜描绘出如下的月球:在17世纪后期， Giovanni Battista Riccioli和Francesco Maria Grimaldi的努力，导致现今在使用的月球命名系统。Wilhelm Beer和Johann Heinrich Mädler在1834-6年间发展出更精确的Mappa Selenographica，并且在1837年出版相关的书Der Mond，第一次用三角法准确的研究月球特征，包括一千多座山的高度、并引导对月球研究的精确度可能如同地球的地理。月球环形山，伽利略最先注意到的，一值被认为是火山，直到1870年代，Richard Proctor才建议是由撞击形成的。这种观点在1892年获得地质学家Grove Karl Gilbert的实验支持，和来自1920年至1940年的比较研究，引导月球地层学的发展，并且在1950年代成为天体地质学的一个新和不断进展的分支。 3.2初探月球奥秘 月球是离地球最近一个天体，相距有38.4万千米。天文学家早已用望远镜详细地观察了月球，对月球地形几乎是了如指掌。月球上有山脉和平原，有累累坑穴和纵横沟壑，但没有空气，昼夜之间温差悬殊，一片死寂和荒凉。尽管巨型望远镜能分辨出月球上50米左右的目标，但仍不如实地考察那样清楚。因此，人类派出使者最先探访的地外天体仍选择了月球。 15 图3.2 人类探月图记 美国最早于1958年8月18日发射月球探测器，但由于第一级火箭升空爆炸，半途夭折了。随后又相继发射3个先锋号探测器，均告失败。1959年1月2日，前苏联发射月球1号探测器，途中飞行顺利，1月4日从距月球表面7500千米的地方通过，遗憾的是未能命中月球。这个探测器重361.3千克，上面装有当时最先进的通信，探测设备。它在9个月后成为第一颗人造行星飞往太空深处。月球1号发射两个月后的3月3日，美国发射的先锋4号探测器，从距月面60000千米的地方飞过，也未击中月球。 3.3月球号探测器 从1958年至1976年，前苏联发射24个月球号探测器，其中18个完成探测月球的任务。1959年9月12日发射的月球2号，两天后飞抵月球，在月球表面的澄海硬着陆，成为到达月球的第一位使者，首次实现了从地球到另一个天体的飞行。它载的科学仪器舱内的无线电通信装置，在撞击月球后便停止了工作。同年10月4日月球3号探测器飞往月球，3天后环绕到月球背面，拍摄了第一张月球背面的照片，让人们首次看全了月球的面貌。世界上率先在月球软着陆的探测器，是1966年1月31日发射的月球9号。它经过79小时的长途飞行之后，在月球的风暴洋附近着陆，用摄像机拍摄了月面照片。这个探测器重1583千克，在到达距月面75千米时，重100千克的着陆舱与探测器本体分离，靠装在外面的自动充气气球缓慢着陆成功。 16 图3.3 月球号探测器 1970年9月12日发射的月球16号，9月20日在月面丰富海软着陆，第一次使用了钻头采集了120克月岩样口 ，装入回收舱的密封容器里，于24日带回地球。1970年11月10日，月球17号载着世界上第一辆自动月球车上天。17日在月面雨海着陆后，月球车1号下到月面进行了10个半月的科学考察。这辆月球车重756千克，长2.2米，宽1.6米，装有电视摄像机和核能源装置。它在月球上行程10540米，考察了8千平方米月面地域，拍摄了200幅月球全景照片和20000多张月面照片，直到1971年10月4日核能耗尽才停止工作。1973年1月8日发射月球 21号，把月球车2号送上月面考察取得更多成果。最后一个月球24号探测器于1976年8月9日发射，8月18日在月面危海软着陆，钻采并带回170克月岩样品。至此，前苏联对月球的无人探测宣告完成，人们对月球的认识更加丰富和完整了。 3.4勘测者探测器 美国继前苏联之后，先后发射了9个徘徊者号和7个勘测者号月球探测器。徘徊者探测器样子像个大蜻蜓，长3米，两翼太阳能电池板展开4.75米。探测仪器装在前部，电视摄像机放在尾部。勘测者探测器有3只脚，总重达1吨，装有当时最先进的探测设备。最初5个徘徊者探测器均无建树，直到1964年 1月30日发射的徘徊者6号才在月面静海地区着陆。但由于电视摄像机出现故障，没有能够拍回照片。同年7月28日徘徊者7号发射成功，在月面云海着陆，拍摄到4308张月面特写照片。随后1965年2月17日发射的徘徊者8号和3月24 17 日发射的徘徊者9号，都在月球上着陆成功，并分别拍回7137张和 5814张月面近景照片。1966年5月30日发射勘测者1号新型探测器，经过64小时的飞行，在月面风暴洋软着陆，向地面发回11150张月面照片。到1968年1月1日发射的7个勘测者探测器中，有2个失败，5个成功。 图3.4 勘测者探测器 后来，美国又发射了5个月球轨道环行器，为阿波罗载人登月选择着陆地点提供探测数据。经过这一系列的无人探测之后，月球的庐山真面目显露出来了。 自1969年7月16日美国“阿波罗11号” 飞船首次实现载人登月以来(有传言说阿波罗号并无登月，具体有待证明)。根据对月球的多次实地勘探和对从月球带回的岩石、土壤进行分析研究的结果，人类对月球的面貌已有了较多的了解。科学家认为，月球上的岩石比地球上的还要古老，月球和地球几乎是由同样的化学元素构成的，只是组成的成分有所不同。例如，月岩所含的钙和铝比地球上的岩石，其含量要高，月球没有磁场，其外壳比较稳定，近30亿年以来几乎没什么变化。尽管天文学家早就认为，月球体态娇小，引力柔弱(为地球的1/6)，根本不具备缚住大气的能力，在向阳面的高温下，任何气体分子都会轻而易举地达到脱离速度而逃之夭夭。但对月球的实测表明，月球表面并不是没有任何大气的不速之国，只是大气层太稀薄，表面大气压仅为2X10“巴，而且大气成份比较复杂，随时空多变，通常在黑夜时的大气成份主要由40% 的氩、40%的氖和20%的氦组成，到日出时还会加入极少量的甲烷和氨等，有些地区的大气中还会发现 18 极微量的氢、氡、钠、钋和钾原子等。美国科学家日前宣称，月球上有冰存在，这就可能为探索月球奥秘的人们提供饮用水，也可将冰分解为氢和氧，从而为火箭提供燃料。 3.5人类登月探索 第一件到达月球的人造物体是前苏联的无人登陆器月球2号，它于1959年9月14日撞向月面。月球3号在同年10月7日拍摄了月球背面的照片。月球9号则是第一艘在月球软着陆的登陆器，它于1966年2月3日传回由月面上拍摄的照片。另外，月球10号于1966年3月31日成功入轨，成为月球第一颗人造卫星。 在冷战期间，美利坚合众国和前苏联一直希望在太空科技领先对方。这场太空竞赛在1969年7月20日第一名人类登陆月球时进入高潮。美利坚合众国阿波罗11号的指令长尼尔?阿姆斯特朗是踏足月球的第一人，而尤金?塞尔南则是最后一个站立在月球上的人，他是1972年12月阿波罗17号任务的成员。 阿波罗11号的太空人留下了一块9英寸乘7英寸的不锈钢牌匾在月球表面，以纪念这次登陆及为有可能发现它的其他生物提供一些资料。牌匾上绘有地球的两面，并有三名太空人及当时美利坚合众国总统杰克逊的签署。 6次的太阳神任务及3次无人月球号任务(月球16、20、24号)把月球上的岩石及土壤样本带回地球。 在2004年2月，美利坚合众国总统乔治?沃克?布什提出于2020年前派人重新登月。欧洲航天局及中华人民共和国亦有计划发射探测器前往月球。欧洲的Smart 1探测器于2003年9月27日升空，并于2004年11月15日进入绕月轨道。它将会勘察月球环境及制作月面X射线地图。 中华人民共和国亦积极开展探月计划，并寻求开采月球资源的可行性，尤其是氦同位素氦-3这种有望成为未来地球能源的元素。中国已于2007年10月24日发射第一颗月球人造卫星。“嫦娥一号” 在2009年3月1日嫦娥一号成功撞向月面，完整的结束了它的使命。“嫦娥二号”也于2010年10月1日晚成功发射。中国将计划于2012年以前发射 “嫦娥三号”并把无人驾驶月面车发射到月 19 球;2015年以前通过这一轨道飞行器在登月中进行采样工作，并以执行最初的登月计划。中国“奔月”工程的机器人探索方面将扮演主要角色，有可能第一步就是机器人登月。中国的载人登月三部曲为“一探”，“二登”，“三驻”。 日本及印度亦不甘人后。日本已初步订出未来探月的任务。日本的宇宙航空研究开发机构甚至已着手计划的有人的月球基地。日本已成功发射“月亮女神”号探测器，“月亮女神” 图3.5 人类首次登月 进入的是近月点约100公里、远月点约11,700公里的椭圆形极地轨道度。日本计划于2025年开建月球基地。 印度已成功发射无人绕月探测器“月船一号”。但最近印度当局与“月船一号”的联系全部中断，"月船一号"在此之前已经完成了绝大部分的任务。印度当局决定于2013年再探月。印度当局表示，印度将继续为2013年的第二次月球探测计划“月船二号”和2015年的载人航天计划做准备，并将于2015年后启动火星无人探测计划。 20 四、月球的未来 主讲人:朱若超 4.1月球上丰富的自然资源 月球有丰富的矿藏，据介绍，月球上稀有金属的储藏量比地球还多。月球上的岩石主要有三种类型，第一种是富含铁、钛的月海玄武岩;第二种是斜长岩，富含钾、稀土和磷等，主要分布在月球高地;第三种主要是由0(1,1毫米的岩屑颗粒组成的角砾岩。月球岩石中含有地球中全部元素和60种左右的矿物，其中6种矿物是地球没有的。 科学家指出，要开发月球必须对月球进行全面的探测，了解月球的资源，并逐步对资源进行开发。月球的矿产资源极为丰富，地球上最常见的17种元素，在月球上比比皆是。以铁为例，仅月面表层5厘米厚的沙土就含有上亿吨铁，而整个月球表面平均有10米厚的沙土。月球表层的铁不仅异常丰富，而且便于开采和冶炼。据悉，月球上的铁主要是氧化铁，只要把氧和铁分开就行;此外，科学家已研究出利用月球土壤和岩石制造水泥和玻璃的办法。在月球表层，铝的含量也十分丰富。 图4.1月球地质特征和矿产资源 21 月球土壤中还含有丰富的氦3，利用氘和氦3进行的氦聚变可作为核电站的能源，这种聚变不产生中子，安全无污染，是容易控制的核聚变，不仅可用于地面核电站，而且特别适合宇宙航行。据悉，月球土壤中氦3的含量估计为715000吨。从月球土壤中每提取一吨氦3，可得到6300吨氢、70吨氮和1600吨碳。从目前的分析看，由于月球的氦3蕴藏量大，对于未来能源比较紧缺的地球来说，无疑是雪中送炭。许多航天大国已将获取氦3作为开发月球的重要目标之一。 1998年3月5日，美国航天局向全球发布了一条特大新闻:“月球勘探者”号探测器发现月球两极存在大量液态水，其储量约为0(1亿吨-3亿吨，它们分布在月球北极近5万平方公里和南极近2万平方公里的范围内。如果月球陨石坑底部土壤水层非常深厚，那么月球上的水资源储量最终有可能达到13亿吨。月球上的水资源首次被证实，这一振奋人心的消息使科学家欣喜若狂，在全世界亦产生强烈反响，因为这一发现对于人类在下个世纪建立永久性月球基地具有里程碑式的重大意义。 科学家们认为，月球上存在的水资源可能是人类在太阳系中拥有的最宝贵的“不动产”。即使月球水的储量只有3300万吨，也足以保证2000人在月球上生活100多年，而且从月球的土壤中提取水是一个“简单”的过程，将混有冰的泥土收集起来加热，使冰融化后便可得到水。据估计，现在找到的这些冰水可以填满一个深11米，面积10平方公里的湖泊。月球水是生命之源，它不仅能供给宇航员饮用和生活之用，使他们在月球上的持续停留时间更长，还可以在太空栽培农作物或喂养动物;水又是一种动力源，可以分解为氢和氧，为行星探测飞船提供燃料，大大延长飞船的使用寿命，有了水，科学家可以方便地开发月球上的各种自然资源，还可以把月球当作探测宇宙空间的前哨基地;水对于研究月球的成因和性质也有相当重要的意义。 当然，开发月球上的水资源并非易事，因为月球上的冰块并非集中在某一个冰层， 大量的冰洞岩石，尘土混杂在一起，估计其含量仅占0(3%—1%。此外，由于月球陨石坑一直不见天日，需要能在月球两极-230?起低温下工作的机器， 22 但制造这样的机器极为困难。 尽管如此，既然月球有水，那么人类重返月球，建立月球基地，开发月球资源的日子将成为21世纪科技的目标。此外，月球水资源的开发和利用也将使太空旅游由理想变成现实。 人类在月面上进行科学探测与研究活动，开发利用月球资源，建立永久性月球基地是十分必要的。至于月球基地建设和月面活动 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，已有很多建议，由于目的不同及建议者不同，因而各种提案有着很大的差别。但只要我们从总体的构思上对这些提案进行剖析，都离不开下列几个发展阶段。 ?基地建设准备阶段:对地形及资源的调查; ?建设前哨基地:在月面临时居住，向下一阶段过渡的准备作业; ?建立月球生产基地:月面上长住，生产活动开始; ?发展中的月球基地:生产活动进入正常化阶段; ?成熟的月球基地(即永久性月球基地):建立各种产业，经济独立化。 月球前哨基地的建设，意味着人类已跨入月球基地建设的第二阶段。应该说，这时的人类开发月球活动，还仅仅是一个开端。年轻的科学家们将奔赴月球前哨基地，到第一线去参加实际考察，希望能够掌握更多的第一手资料，为开发月球、建设月球献出美好的青春。年富力强的实业家们，被月球上丰富的资源所吸引，他们将开辟新的战场，到月球上去开矿、建厂、创业，加快月球资源利用的步伐，在月球上大展宏图。 23 图4.2 月球表面建造住宅很困难 这里必须强调的是，当大批人马进入月球基地，转入月球生产基地建设阶段时，需要解决的问题比前哨基地建设复杂得多、困难得多。这是因为人员增多，需要就地建设住宅，再依靠着陆器上航天员住宅远远不能满足要求。而月面是真空的，表面温度从-170?至+130?之间发生变化，温差极大。此外，还需经受宇宙射线和微小陨石骚扰等危险环境的考验。为了使航天员能长期生活在这样严峻的自然环境中，基地的各种建筑物的结构必需具有高度的气密性、绝热性、抗辐射性等。科学家们为此已勾画出月球生产基地的基本轮廓，提出了月球上工农业生产、科研的布局，供给设计师们作为建筑设计的依据。 根据月岩样品及大量有关资料的研究与分析，确定了月球优先生产的产品原则，主要是充分利用月球资源，为扩建月球基地而生产所必须的原材料，重点放在制氧、金属冶炼、建筑材料的制备等。为了实现这一目的，人们已对月球上的加工厂的生产工艺流程及制备方法进行了多方面的详细研究。 科学家很早就开展月球表土提取氧的方法研究，他们利用阿波罗飞船取回的月球沙土进行实验，在1000?的高温下，将月沙中的钛铁矿和氢接触生成水，再将水通过电解提取氧。研究表明，提取1吨氧，约需70吨的月球表土。考虑到在月球上生产的特殊情况，建议在月球基地建设的同时，应考虑配备一套小型的化学处理设备，利用太阳能作动力，每天大约可制备出100千克的液氧。具体工艺流程是，利用月球岩石在高温下与甲烷发生反应，生成一氧化碳和氢。在温 24 度较低的第二个反应器中，一氧化碳再与更多的氢发生反应，还原成甲烷和水。然后使水冷凝，再电解成氢和氧，把氧储存起来供使用，而氢则送入系统中再循环使用。据预测，月球制氧设备，最初是为给月面上航天员提供氧气之用，但他们需要的氧气并不多，一个12人规模的基地，每月也只需要350千克氧气。而一套制氧设备连续工作后，可生产出相当数量的氧气，因此，在月球基地建设时，应同时建造一个永久性的液氧库，以便供给航天器作为低温推进剂燃料使用。 十分有意义的是，在制氧过程中经过化学处理后得到的“矿渣”，却成了上等的副产品。这是因为它含有丰富的游离态硅和可供冶炼的金属氧化物，只要采用适当的工业方法便可继续冶炼，炼制出工业上极有使用价值的金属钛。科学家们提出的制钛工艺流程是，将“矿渣”通过机械粉碎、磁选，提取出铁钛氧化物，在1273?高温下加氢处理，生成氧化钛，再以硫酸置换出其中的铁，接着和碳混合，在700?的温度下通入氯气，经过化学反应后生成四氯化钛，然后在2000?高温下加热，投入镁以便脱出氯，最终得到熔融态的钛。 铝的精制方法更为新颖，月面上的铝是由称之为斜长石的复杂结构所组成，倘若用常规精炼方法制铝，在月面上很难获得成功。科学家们经过反复试验与研究，提出了一套炼铝的新的工艺。具体做法是，将月岩粉碎，在1700?下加热熔化，然后在水中冷却至100?制成多质的球，再经粉碎，在其中加入100?的硫酸，即可浸出铝。用离心分离法和过滤法除去硅化物后，再将它在900?的温度下进行热解反应，得到氧化铝和硫酸钠的混合物。随后洗去硫酸钠并进行干燥，再与碳混合加热的同时，加入氯气与之进行反应，生成了氯化铝，经电解，获得最终产品——纯铝。 建筑业离不开玻璃，因此在月面上生产玻璃显得尤为重要。通常的玻璃是由71,73,的氧化硅，12,14,的碳酸钠，12,14,的氧化钙组成。月球土壤中含有40,50,的氧化硅，在月面上制造玻璃是以硅玻璃为主。其精制方法较为简单，即在月球土壤中根据需要加入各种微量添加物，用硫酸溶解出一些无用的成分之后，在1500,1700?下熔化，然后经压延冷却，即可制成月球玻璃。 随着月球资源开发取得相当惊人的成果，试生产阶段已告一段落，小型试生产的产品已远远不能满足需求，需要进一步扩大再生产，使月球生产活动逐步走 25 向批量化生产。与此同时，由于进入月球参加开发的人员增多，所建月球基地已显得拥挤不堪，需要完成改建、扩建基地工程，这无疑需要大量的建筑材料，尤以对混凝土的用量为最大。值得庆幸的是，制造混凝土所需的沙土、石子、水泥，都可以就地取材。混凝土结构具有成本低、易于成型、抗辐照等优点，是建设月球基地最有希望的建筑材料。新型月球基地，可根据设计采用混凝土预制的舱体来建造。当然，被采用的月球混凝土构件的形式是很多的，这里介绍一种通用舱段为六棱柱形的，先用混凝土制成框架和壁板，然后装配成形。这种形式的舱体的最大优点是非常灵活，由于它是六角形体，通过各个面既可向平行方向辐射扩展，亦可向垂直方向(向上)扩展，墙壁、天花板、地板，随时都可拆卸，也可根据需要再组合拼接，扩建基地，调整空间。最后将套在它里面的圆筒式的增压舱体连接起来，便构成了一个组装式的月球基地。 图4.3 概念中的月球基地 人们到月球上建设基地，除了开发资源发展生产外，最终目标还是想把月球扩建成移民区，让更多的人到月球上观光、游览，或者带着全家老小移居到月球上，做一名月球人。这样一来，其建设规模更加庞大，需要的建筑材料更多，并要求寻找一种更为简便的施工方法。一些科学家提出，在南极洲应用的一种称为“挖掘—装填”的建造技术，也完全适用于月球。推土机将在月球表面的松软岩层或“浮土”中挖出一条壕沟，再把一节节的圆筒式增压舱装入沟中，连接紧固 26 后，在它上面覆盖很厚的一层月球岩土，即可耐热、绝热、保温，又可防止辐照。科学家们已设计出一个月面研究实验基地，主要任务是进行月面上的天文观测、地貌地质调查、矿产资源勘查等。其设计规模可容纳60名航天员，能提供居住6个月以上的能源及生活必需品。 月面研究实验基地，以球形舱和圆筒形舱构成环状体，分为工作区和生活区两大部分。工作区由研究实验舱、工业生产舱、农作物种植舱、生态环境生命保障舱、管理舱、能源舱、物资供给舱、航天港等组成。其中农作物种植舱除生产农作物外，还饲养鸡、羊、兔、鱼等动物，培植藻类、蕨类植物，以及水果蔬菜等。生态环境生命保障舱内配备有气体净化处理、水处理、排泄物处理设施。而能源舱主要是太阳能发电设备，在舱外平地上安放了大面积的太阳能电池阵。航天港离研究实验基地稍远一些，它是用来接待和发射月球飞船的场所。进入生活区，则是另一番天地，这里环境优美，人生活在里面感到安逸、快乐，能洗去一天的工作疲劳。生活区内有公共场所、住宅以及生活配套设施。公共场所供航天员之间交流情感、谈天说地、互换信息、餐饮、聚会、娱乐等，航天员在柔美的乐曲声中翩翩起舞，或在影像画面中开怀畅饮，得到足够的休息。天花板和墙整体漆成白色，使人感到明快、舒适。个人住宅，为航天员个人睡眠、看书报和娱乐的空间，以蓝色和绿色这些冷色为基调，使内部装饰得较为柔和，照明布置使空间富有立体感，生活在这样的环境里，感到很幽静，容易入睡。生活配套设施有健身房、医疗保健所等。 究竟要建成什么样的月球基地，这是众多人关心的问题。一些能源科学家建议，月球上蕴藏着大量的硅、铁、铝、钛、钙、氧等元素，而这些元素地球上的已足够供人类使用，开采它们还算不上当务之急。只有氦在地球上是绝无仅有的，尤其是氦-3，它是地球上没有的能源，储量相当丰富，是未来核聚变反应堆的理想燃料，因此，应优先开发建立月球能源基地。另一些能源专家则指出，还应重点建设月球太阳能发电基地。其实二者并不矛盾，这足以说明解决地球未来能源短缺问题已迫在眉睫。 由于月球和地球有着类似的地质特征，都蕴藏着丰富的核资源和建设核电站所需的原材料，因此，很适合在月球上建造核电站。在地球进行核发电时要使用 27 涡轮和水，而在月球上，通过采用热离子和温差发电机等高效复合能量转换系统，便可直接将核能转变为电能。设想中的月球核能源基地，将包括核燃料供应厂、核发电设施和输电设施。月球上的电力，通过高传输效率的短波长激光束，也就是紫外线区的激光，输送到静止轨道上的能量中继卫星，在中继卫星上，电能被转换成在空气中具有高传输效率波长的激光，然后再传送到位于地球上的接收站。由接收站再将能量分配到各个区去供用户使用。 月球核能源基地，通常建造在月球的两极地区，因为极地是向地球进行能源传输的最佳场地。月球核能源基地一旦建成，转入稳定运行后，将全部由机器人操作控制、维护与修理，绝对不会对人类造成污染威胁。为了建立月球核能源基地，有许多工程技术问题，有待人们尽快研究解决，例如超高效能量转换系统、空间用核反应堆、空间机器人、大功率输出的高效激光生成设备、接收设备、激光传输的安全技术等。 正如前面所述，月球上氦-3不仅储量多，而且是一种洁净的核能源，这对于净化地球环境十分有利，对人类来说颇具吸引力。如果将它从月球上开采出来运至地球，供人类享用，无疑使人类获益匪浅。据预测，从月球的矿石中提取的氦-3，足以满足整个地球400年能源的需要。经测算，建设一个500兆瓦的氘-氦-3核聚变电站，每年约需50千克的氦-3，也就是说，每年只要在月面上挖一个面积1.5平方千米，深3米的坑。而且它不含放射性物质并能产生更多的能量，用氦-3为原料，核反应堆成本将降低一半。仅开发氦-3月球资源这一点，人们就足以理解重返月球的深远社会与经济意义了。 总之，月球基地将成为人类生存延伸到地球以外星球的开端，是人类空间的第一移民区，并且也是人类向太阳系其它行星进军的中转站。月球基地的建设是一场新的技术革命，必将对世界的文化、经济、社会、科技等各个领域产生重大和深远的影响。 到月球上采矿 外层空间已被国际法宣布为“人类共同的活动范围“。月球，已为《月球公约》宣布为“人类共同的财产“。地球资源争夺完毕之时，外层空间的资源争夺 28 也会提上日程。迄今，人类已发射6000多颗卫星，航天飞机也已多次往返地球，人类还建立了空间站。空间正被广泛用来进行通讯和观测活动。21 世纪初人类还可能登上火星。 月球是人类在地球以外，最先达到的星球。自1972 年7 月美国阿波罗11 号飞船登月起，共有12 名宇航员登上了月球，他们总共在月面上停留近300 个小时，收集并带回了427 公斤岩石和土壤样品。轨道地球物理遥感器还提供了一些其他信息。但在月球上尚没有进行详细的化学取样。仅仅这样一点东西，一些宣传媒体和科学家，就开始大胆想象到月球开采矿产资源的可能性。 在月球上采矿至少需要回答两个重要问题:月球上有什么矿产资源?需要什么样的设备来开采? 月球上有什么矿产资源? 从阿波罗11 号取回的样品分析看，大都是地球上丰度很高的元素，特别是钙含量特别富。但是，钙在地球上并不是稀有矿产。有人由此推测，富含铝、硅和氧的矿物钙长石是潜在有价值的矿产，而且钛铁矿、土壤中微细的游离铁颗粒以及土壤本身也是有价值的资源。在从月球轨道进行勘测和遥感时，发现月球两极可能存在挥发分元素，表明可能存在微量元素资源。 图4.4 从月球上带来的矿石 需要什么样的设备去开采? 29 图4.5 开发月球需要先进的设备 有人建立，可以在月球上就地取材炼钢。然而，月球上没有水、煤、石灰岩，也没有特种钢所需的大部分合金元素。这样，所有原材料和设备都必须从地球上运送出去。估计在月球上每炼一吨钢，要从地球上运送10 吨燃料。这样，就 花费大量资金和特殊材料去建造空间飞船。又有人建议，从空间来采收月球的矿产资源。所需能源，就建设太阳能发电卫星。建造这种卫星的各种材料，主要是高硅玻璃、硅和铝。目前设计的在地球上输出功率10000 兆瓦的太阳能发电卫星，需要3.6 万吨玻璃、1.5 万吨硅和0.6 万吨铝。这种卫星相当大部分的材料都可以用月球上的资源来制造。矿石开采运输问题，可以用采矿车辆改进的装载车和卡车，能方便地开采和运输几百万吨月球浮土。考虑到月球的真空状态、重力低和温度为零的特点，为采用静电技术选矿提供了良好条件。静电运输机和物相分离器，为运送和提纯月球上的矿石提供了轻便和耗能低的设备。 据设想，未来的月球采矿和提炼工作的规模最终会很大。但是，初期的工作 座空间发电站能源供基地和绕地球轨道的矿石提炼加工站规模要小一点，以2 应，每年处理100 ,200 万吨月土，这样，只需几个人和几千吨的设备和物资。利用这些装置能生产足够多的材料，来迅速发展月球工作基地，可达年产60 万吨产品，只需50 名工作人员，建成绕地球轨道第一个成熟的空间制造厂(可容纳3000 名工作人员)。 30 有人认为，发展空间工业是可能的。月球资源的开采、选矿和提炼不仅有可能，而发展空间经济从月球物质获取工业原料所需装置的特殊技术问题也能够解决。但是，要详细搞清楚月球上的资源能否用来支持大规模的空间活动还未免太早，要需要进行更大规模的调查和研究。 此外，科学家对宇宙资源利用的设想达到天马行空的程度。 天文学家估计，宇宙中已发现约15 万颗小行星。近地小行星约2000 颗，现已发现700 颗。有人认为，小行星上有许多宝贵资源。如果能把火星与木星之间所有小行星上的钛、 亿美元。铁、钴等矿产资源加以利用的话，将相当于每一个地球人能够分到200 因此，小行星未来可作为地球人类的采矿场。 可以预言，当人类社会认为月球及其他行星采矿有可能实现之时，就可能是对月球和其他行星矿物资源开始争夺之日，只不过，这一时期不会很快到来。 4.2美多家私营公司计划赴月球开采矿产资源 自人类最近一次登上月球至今已经有38年了，不过最近重返月球又成为了热门话题。目前，美国几家私营公司正在积极 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 去月球上采矿。月球上含有丰富的矿产资源，其中极为稀缺的氦-3更是他们争夺的目标，因为该矿产可能在地球上引发能源产业的重大变革。 自人类最近一次登上月球至今已经有38年了，不过最近重返月球又成为了热门话题。目前，美国几家私营公司正在积极规划去月球上采矿。月球上含有丰富的矿产资源，其中极为稀缺的氦-3更是他们争夺的目标，因为该矿产可能在地球上引发能源产业的重大变革。 月球含有大量的水冰和甲烷，以及丰富的氦-3资源，后者可用于建造无污染的核聚变反应堆。总部位于美国的“宇宙机器人”技术公司(Astrobotic Technology)早已将目光瞄准月球，并计划在不久的将来发送勘探和挖掘机器人在月球表面采矿。该公司在其官方网站上称，“自阿波罗号登月以来，月球一直处于休眠状态，因为他们没有发现隐藏在月球两极的冰水、甲烷、氦和其它挥发性物质。月球两极的冰川将会成为早期月球经济的基础。” 不过，在月球上众多丰富的矿产资源中，一种名为“氦-3”的资源引起了各 31 家公司的极大兴趣。如果该资源能够得到实际应用，它将会在能源产业中产生颠覆性的影响。月球上拥有大量的氦-3资源，主要来自太阳风的吹拂。太阳在内部核聚变过程中，产生大量的氦-3，而这些氦-3经过太阳风的吹拂，落到周围的行星中，成为太阳系行星氦-3的主要来源。地球表面由于覆盖着厚厚的大气层，太阳风不能直接抵达地表，所以地球上氦-3的天然储量非常低。但是和地球不同，月球几乎没有大气，太阳风可直接抵达月球表面，它里面的氦-3也就大量地“沉积”在月球表面。科学家通过分析从月球上带回来的月壤样品估算，在上亿年的时间里，太阳风为月球带去了大约5亿吨氦-3，如果供人类作为替代能源使用，足以使用上千年。 氦-3是一种清洁、安全和高效率的核融合发电燃料。如果采用氘和氦-3进行核聚变反应发电，只要一汽车油箱的氦-3就可以满足美国一年的电力需求。“宇宙机器人”技术公司总裁大卫?甘普(David Gump)表示，人类将会从月球上大量的氦-3中获得获益巨大，因为它们是廉价的、非放射性的和可持续性的能源。 当然，“宇宙机器人”技术公司也有许多竞争对手，尤其是在Google月球X大奖的激励下，众多私营公司都争相探索月球这个资源宝库。Google月球X大奖是由X大奖基金会和谷歌公司联合推出的月球机器人竞赛。该项无人登月比赛的奖金总额高达3000万美元。如果一个团体能将一辆月球车发送到月球，并在月球上行走500米的距离，同时将图像和电视信号传回地球，将可以获得月球X大奖。截止目前，已有26家公司和团队报名参加这一赛事。 不过，“宇宙机器人”技术公司已经占得先机，因为它已经与一些私营火箭公司签订合约，可以得到他们在装备和技术方面支持。甘普称，“我们的第一个机器人最早可能于2014年7月发射，不过最有可能的是在2015年。具体时间要取决于客服的需求和准备情况。我们将会开发以太阳能提供动力的机器人，因此机器人到达的最佳时间是当太阳照在月球的极地时，这通常是月球南极的夏季和月球北极的冬季。” 4.3月球的未来构想 32 构想1:天地观测台 没有大气层的月球对任何频率的电磁波都不会有大气吸收，它也没有地球上的电磁波“污染”或光“污染”，因此月球也是进行射电天文观测的理想场所。月球自转速度很慢，以至月球上的一昼夜约等于地球的一个月，这样我们可以在月球上长时间地精确观测远距离或模糊的目标。月球的自转周期恰好等于它的公转周期，因此它总是用一面正对着地球，在这一面建立对地观察站，将可以持续地对地球的地质构造及环境变化进行监测与研究，特别是对近地空间乃至深空小天体对地球可能的撞击威胁进行监测。 图4.6 天地观测台 构想2:探星“桥头堡” 月球几乎没有大气和弱重力场环境，因而从月面发射深空探测器或星际载人飞船比从地面要容易得多，所需的能量也小得多，因此月球是人类进军深空的天然发射平台，也是一个理想的深空探测中转站。由于月球上存在制备火箭液体推 33 进剂的原料氧和氢，因而未来可以利用月球资源进行火箭推进剂生产。在未来执行载人火星探测任务时，许多关键技术都可以在月球基地进行试验验证，并可在月球基地长期训练宇航员，使他们逐渐适应长期离开地球的生活，为飞往火星乃至更远的星体做准备。 构想3:能源“聚宝盆” 月球上有着丰富的资源。据估计，月球土壤里含有大约100万吨至500万吨稀有气体元素氦-3，而地球上可提取的氦-3只有15~20吨。如果把氦-3作为可控核聚变燃料，它将是人类社会长期、稳定、安全、清洁和廉价的燃料资源，可满足地球数万年的能源需求! 此外，月球表面没有大气层，太阳辐射可以长驱直入，月球上可接收到丰富的太阳能。测算表明，每年到达月球范围内的太阳光辐射能量大约为12万亿千瓦。假设使用目前光电转化率为20%的太阳能发电装置，则每平方米太阳能电池板每小时可发电2.7千瓦时。从理论上来说，可以在月球表面无限制地铺设太阳能电池板，获得丰富而稳定的太阳能，这不但可以解决未来月球基地的能源供应问题，甚至还可以用微波将能量传输到地球，为地球提供新的能源。 构想4:旅游梦天堂 虽然人类重返月球的计划要到十几年后才真正实施，但精明的商人们已经把目光投向月球旅游项目。美国太空探险公司正在与俄罗斯联邦航天署旗下的宇宙飞船制造商“能源”火箭航天集团合作开发这项“探月旅行”业务，预计今后5年内，游客花费1亿美元就可以搭乘俄罗斯的“联盟”号载人飞船进行环月球旅游。游客将首先飞往国际空间站，在站内停留一周之后再飞往月球，大约一周后返回。月球观光客将不会在月球表面着陆，而是只对月球进行近距离观察。俄罗 34 斯联邦航天署今年表示，计划在2010年之后为俄罗斯首富、英超切尔西俱乐部老板阿布拉莫维奇安排一次环月球旅行，而预计此次旅行的费用高达3亿美元。 构想5:移民新大陆 俄罗斯“火箭之父”齐奥尔科夫斯基说:“地球是人类的摇篮，但是人类不会永远生活在摇篮里。” 中国航天医学工程研究所航天科普作家吴国兴教授介绍说，人类移民月球可能分为四个步骤:首先是建初级基地或称临时性基地;第二步是中级基地;第三步是高级基地或称永久性基地;最后一步是建月球移民区。 图4.7 未来的月球村 月球移民区的建设有可能是将数个高级月球基地联结起来，形成一个月球基地网，然后成为移民区，前后可能需要30年时间。但这不仅仅是规模扩大和人员增多，而是要有一个质的飞跃。月球移民区就是一个小的社会，应该具有人类社会的所有功能。它首先必须具有先进而完善的再生式生命安全保障系统，氧气、水、食品、电力供应和火箭燃料，生活必需品基本上不依靠来自地球的物资供应，实现自给自足，此外还要解决宇宙辐射的防护问题和月球重力的适应问题。 35 作为一个人类生活的社区，月球移民区的建设不能只考虑移民住宅，还要包括各个功能区，如生活区、商业区、工业区、农业区、发射场、着陆回收场、月-地交通运输和移民区内的交通运输区等。 在21世纪的某个周末，地球上的人们也许会忘却一周的繁忙，搭乘便捷的“航天公共汽车”来到地球轨道上的空间中转站，乘坐定期发出的“地月班机”，到月球基地去旅游度假、探亲访友。那时，也许只有在历史书中才能找到“月球” 月洲。 这个词，因为，月球已经成为了人类版图上的第八个洲—— 36