【格致论道讲坛】实现绕、落、回，下一步：建立月球科研站
The following article is from 格致论道讲坛 Author 欧阳自远
“我们准备在2036年到2045年间建成一个月球科研站，实现人类的长期驻留。”
欧阳自远
地球化学与天体化学家
中国科学院院士
欢迎大家参加格致论道讲坛的活动，我是欧阳自远。今天和大家分享的题目是《国际月球科研站》。
大家知道，最近中国航天有几件事情引起了全世界的关注。第一，“嫦娥五号”从月球上把样品采回地球。第二，“天问一号”火星探测器有一个绕火星运转的卫星，还有在火星表面着陆并进行探测的“祝融号”火星车，现在它们都已经各就各位了，构成了一种在天上和地上联合探测火星的新格局。第三，我们国家的三位航天员已经进驻了中国的空间站。
接下来我要向大家介绍，下一步我国将和俄罗斯联合起来共建月球科研站，现在这个月球科研站才刚刚对外公布。
国际月球科研站
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中俄联合共建月球科研站
首先我要谈一下我国成功探测月球以后，还想做什么？其实我国早就有了一些建立月球科研站的设想，但是必须要在完成一定工作的前提下，才有这个能力去建设月球科研站。
大家都知道我国已经进行了无人月球探测。因为现在我们还没有能力把人送上月球，再让他安全回来，所以我们第一步是做无人月球探测。
“嫦娥一号”“嫦娥二号”是绕月球飞行的卫星，它们绕着月球转，月球同时也在自转，这样我们就可以探测到全月球。所以“嫦娥一号”“嫦娥二号”是在进行月球的全球性与综合性的探测。
“嫦娥三号”“嫦娥四号”就要落下去，有一个着陆器和月球车，它们联合起来探测月球。
那么这些工作做完了以后，我们发现月球上有一些最重大与关键的科学问题，即月球演化历史中的“一老”与“一新”问题，月球自45亿年前形成以来至41亿年之间以及自30亿年以来至今的演化过程，科学家没有找到可信的科学证据。我们一定要把样品采回来。于是我们发射了“嫦娥五号”，以后还要发射“嫦娥六号”，我们要采样返回，期望明确找到月球演化的“一老”与“一新”的科学证据。
这些都是无人月球探测，我们不能总是做无人月球探测，所以下一步中国将实现载人登月，建立月球基地，开发利用月球的资源、能源和它的特殊环境。这样一步步走下来，中国早就设想要建立一个月球的科研站。
这些是我们已经进行的绕月探测、落月探测和取样返回，都是为了我们人类能够到达月球、充分地开发利用月球的准备工作。
我国的月球探测发展规划
所以，我们把这几步做完以后提出了一个方案：做完了绕、落、回的探测以后，中国要建立一个月球科研站的基本型。我们要在月球上开发利用月球，要进行一些实验研究和观察等等。同时配合载人登月，在月球上试验生产一些必要的装备和居住条件，使我们人类能够更全面地开发利用月球。
我们已经有了一个初步的安排。在2030年基本完成不载人登月以后，中国要建设一个月球科学的研究平台。同时我们要实现中国的载人登月，留在月球上，建设一个基地，充分地开发利用月球的资源、能源和它的环境。
随着我们工作的进展，2021年3月9日，中俄两国宣布合作建设国际的月球科研站。这个月球科研站基本上以我国的设想为基础，我国和俄罗斯两国结合起来，更好地建设科研站，联合开发利用月球。目前已经公布了一个合作伙伴指南。
国际月球科研站合作伙伴指南
另外，我们这次合作的国际月球科研站有八大科学目标。我们要弄清楚月球的形成、演化和它的现状、环境，以及它有哪些资源和能源可以利用，来为我们人类未来的社会发展，提供一些非常重要的支撑。这些就是这次任务书里规定的国际月球科研站要完成的五大任务和八项科学目标，我们要一步一步地去完成。
国际月球科研站有八大科学目标
中俄合作建设的国际月球科研站准备在2036年到2045年间建成一个月球基地，实现人类的长期驻留。而且这个月球基地能够全面地、大规模地开展月球的科学探测和技术试验，对月球资源、能源进行开发利用。
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我们为什么一定要探测月球？
那么，月球到底有什么资源、能源和环境，值得地球上的人类来去探测呢？因为现在人类居住在地球上，我们充分利用地球的资源、能源和环境，但是我们的地球环境出现了越来越多的新问题。
另外，地球还存在着很多自然界的隐患。比如，小天体撞上地球，可能就会出现像6600万年前恐龙灭绝的事件。我们取得了全部证据，证明真的是一个小天体撞击了地球，地球上有近百万个生物物种灭绝了，恐龙也灭绝了。此外，全球性的火山、地震和海啸也对会地球造成严重的威胁。
地月本来就是一个系统，我们能不能充分地开发利用月球，支撑人类社会的持续发展呢？
首先，实际上很多国家他们内心都想做这件事情，但是他们表面上说的是一些别的名称。月球在当代具有重大的军事战略地位，它是当代太空站最高的制高点。上世纪六十年代，美国和苏联这两个超级大国争夺空间的霸权，实际上也就是争夺地球统治的权力。
当时美国总统肯尼迪说：“谁控制了太空，谁就控制了地球”。后来美国人登月了，他们就说：“谁控制了月球，谁就控制了环地球的太空”，因而谁就控制了地球。
为什么这么讲？因为如果在月球上建立军事基地，设置一些光束的如激光或微波的武器，只要1.3秒，光束就可以立即摧毁地球表面以及地球空间的各种军事设施，而地球的军事设备却永远打不到它。
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月球上的丰富能源
第二就是月球的能源。月球大概有两种重要的能源：太阳能和月球土壤里的一种成分。这种成分也许今后将推动人类社会的能源需求。
首先来讲月球上的太阳能。月球有一个特点，它没有大气，不刮风不下雨，没有气候变化，太阳一出来就会直照月球表面。同时月球是自转的，它28天多自转一圈，所以它的一天接近一个月，白天和晚上都相当于半个月。
有人曾计算过，太阳注入到月球表面的能量，相当于地球全人类生产能量的25000倍。在月球上没有云和雾遮挡太阳光，能量密度也很大，所以月球白天的表面温度是100多摄氏度，热极了；晚上的表面温度是零下190度，冷极了，温差有300度左右。
在这么一个严酷的环境下，科学家们就设想：能不能够充分利用月球的太阳能？有很多科学家想过能不能在月球正面和背面都设一个太阳能发电厂？或者每隔经度120度各建一个太阳能发电厂，整个月球就可以建三个这种发电厂，把它们串联起来，不断地有能源输入地球。
还有一种大胆的设想，我们采用机器人，让它们利用月球的土壤3D打印，制成太阳能发电板。绕着赤道转一圈是11000公里，假如我们做一个400公里宽的太阳能发电板围住月球，那就永远有半根发电板被太阳照着，永远可以向地球输送能量。我们借助微波或者激光，把太阳能发的电传输到地球，到地球上再转换成电能。当然，还需要漫长的时间来实现科学家的这些设想。
假设这个沿着赤道的“腰带”能建好，那么地球上的子孙万代、子孙万万代，我们只需要月球提供的太阳能发的电，就永远不需要其他能源了，而且月球提供的能源是清洁的和安全的。这个问题并不困难，这是人类的一个梦想，希望能够实现。
利用机器人在月球上3D打印，慢慢地完成几个发电板，然后再把它们连起来，这就是月球科研站要做的第一件事情。
月球上还有一种能源，就是月球的土壤里面还有一种核聚变原料——氦3，这是过去不知道的。
过去科学家想，为什么每天太阳都能光芒万丈，这是一个怎样的过程呢？科学家慢慢研究后发现，太阳上一直在进行大规模长时间的氢弹爆炸，主要是用氢的两个同位素——氘和氚发生聚变反应。
结果科学家也没学好，在我们地球上造出了杀伤性最大的武器——氢弹。后来大家都说还是要和平利用，现在我们叫做核聚变发电——人造小太阳。目前科学家已经研究核聚变发电二三十年了，估计2030年可以实现。
温度要达到一亿度以上才能产生核聚变发电，但是用氘和氚作为原料并不好。地球上氘多的是，氚并不多，而且氚有放射性，反应后会释放一个中子，中子能够产生中子辐射。
所以科学家总想找一个东西替换氚，结果发现太阳风里面有大量的氦3，就是元素周期表的第二个元素氦，氦有一个同位素叫氦3。假如能把氦3利用起来，它可以替代氚，氦3没有放射性，也比较安全。
我们在“嫦娥一号”上设计了一个探测项目，探测月亮上究竟有多少氦3。结果我们做出来发现，月球上的氦3资源大概有110万吨。这个数量并不多，我国一年用的石油大概是3万万吨，煤20万万吨，还有天然气、小型的风力发电、太阳能发电等等。而核聚变发电的燃料，整个月球才110万吨左右。
我在国际会议上遇见俄罗斯的探月首席科学家加里莫夫院士。他说：“欧阳啊，你们居然能够做出来月球上有多少氦3，其实每年只要运回8吨给中国，就能够支持中国一年的能源使用。”我说：“是的，俄罗斯只要4吨就够了。”因为他们人少。全世界一年的用量也只要100吨，也就说月球的氦3资源可以满足人类未来社会发展一万年的能源需求，而且也是比较安全、比较好的能源。
当然现在还不能实现，人类正在向前进步，我们的科研站里将来就会进行实验前期的一些工作。
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月球上还有哪些矿？
另外，月球的资源也很丰富，但是现在我们到月球上开矿的成本太高了。
月球表面的化学元素分布（“嫦娥一号”）
我们之前也不知道月球上到底有什么矿，所以我们用“嫦娥一号”“嫦娥二号”做了全月球表面的各种成分与含量，去分析它有哪些矿。
月球上有3种石头。一种是叫斜长岩，它没有太多的可利用的矿产。还有一种叫克里普岩，它有最丰富的铀和钍，更多的是稀土元素。假如能把月球正面的克里普岩进行提取，其中的资源比整个地球的含量都要多上几十倍，甚至几百倍。
但是我们现在还没有多大必要一定要在月球上开矿，因为这个成本太高了。另外，月球上大量分布着玄武岩，它里面有一种矿物叫钛铁矿，就是中国攀枝花铁矿的钛铁矿。我们用钛铁矿可以生产水和氧气，而且是非常方便的。
大家现在开发月球，总想开发那些砸在深坑里面的冰。那个冰是慧星落下来的，在坑底下终年见不到太阳，所以它叫做永久阴影区。很多科学家设想，假如把这些冰开出来，我们的人到了月球上就有了水。现在带一公斤水到月球上需要花25000美元，太贵了。
但是这很困难，因为它是埋在坑底下，这个坑大概有两三公里深，里面一片漆黑，照不着太阳。而且坑里的温度是零下220度，所有的机械下去都被冻僵了，根本不能动。所以，有一部分科学家建议利用钛铁矿来生产。
目前来说，月球的资源解决月球基地的用量大概没有问题，但如果人类要大量利用，目前成本还比较高。
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如何利用月球的特殊环境？
我们还可以对月球的特殊环境进行开发利用。月球是超高真空，没有磁场，而且地质构造稳定，它的重力只有地球的六分之一。
所以，美国表示凡是要去火星或者别的星球，从地球上发射火箭太费燃料了。因为地球引力比较大，火箭要装载很多的能量才能冲破地球的牢笼。假如在月球上发射就好多了。现在大家都认为月球是我们进入太阳系空间的一个转运站，是一个新的平台。现在美国准备从月球上飞去火星，火箭耗费的能量只要地球的六分之一就够了。
另外，月球是超高真空，温差变化巨大，又没有磁场。地球上有很多产品，像特殊的材料和药品的制作，我们需要创造一个超高真空的条件。月球的超高真空比地球上超高真空的实验室，还要更加地超高真空。虽然月球的环境很糟糕，但是我们可以利用这些。
月球还有一个好处，“嫦娥三号”就做了，在月球上面放一个望远镜来巡视整个银河系。我们有了很多新的发现，而在地球上干扰太多了。
“嫦娥三号”还做了一件事情——监视地球。地球就在我们前面，可以看得很清楚。它外面有很多圈层，我们一直监视它，就能知道地球的环境可能发生了什么问题。
我们需要充分利用好月球的条件，月球将给我们提供非常重要的资源，支持人类未来的持续发展和人类命运共同体未来的幸福平安。
向太阳系的星辰大海挺进
地球和月球本来就是一个系统，我们要联合起来，充分利用月球，为人类社会的持续发展做出贡献。所以我们现在的目标是要向太阳系的星辰大海挺进，把月球作为一个跳板和转运站，使我们人类能够更快地去探测整个太阳系。
月球的功能和开发利用，将会对人类社会的持续发展做出更大的贡献。我们的国际月球科研站就是一步步地去实现这些目标，这将为人类未来的幸福做出更大的贡献。
我的分享就到这里，谢谢大家！
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