如何构建一个月球基地吗

明年,宇航员马蒂亚斯•毛雷尔预计将在月球表面行走,但没有火箭飞行的麻烦,失重恶心和高风险着陆。相反,他会在家附近散步绿叶科隆附近草地,德国将举办有史以来最大的卫星模型。坑的人造月球尘埃覆盖超过1000平方米,毛雷尔和其他科学家将被附加到crane-and-pulley系统,允许他们飞跃好像经历了月球的重力,在可调灯下工作,模拟照明在不同的月球网站。有时,他们会退回lunar-style生活区:一个集装箱airlock-connected模块的大小。

这是一个激动人心的操场上进行测试月球技术,毛雷尔说,他是一个项目经理、价值百万欧元的设施。叫月亮,模拟成形在科隆的欧洲宇航员中心外,与来自欧洲航天局(ESA)和德国航空航天中心(DLR)。但在48岁,毛雷尔不知道他是否会把他的技能使用真正的文章。“希望我将让它退休前。从技术上讲,我认为这是可行的,我还是会在月球上走路,”他说。

毛雷尔的乐观不是完全古怪。他只有两个上次有人来真正的月亮:美国宇航员尤金·塞尔南,在过去的美国宇航局的阿波罗计划的任务。没有空间机构承诺钱才派人回来。但是,部分原因是由于不断变化的政治优先事项,人类重返月球的增长势头。而不是重新运行阿波罗任务、空间机构正在慢慢变暖的想法建立一个可持续发展的解决方案。

研究人员享受的概念基础在月球上进行实验和作为一种审判技术去火星。私营企业,然而,越来越多的被开采的可能性氧和氢——动力火箭——从月球冰。如果成功,那么月球可以成为一个补给站,从根本上降低太空旅行的费用。

“水是石油的空间,还有越来越多的证据表明,它是在经济上可行的存款,”乔治说苗圃,航空科学家科罗拉多矿业学院的金和先前首席科学家联合发射联盟,科罗拉多州,“公司”,为美国政府提供发射服务。

空间机构通常不愿预测时间表载人月球基地——在某种程度上,因为我们的目标是预算的视野之外,还因为它要求企业提供大量的资金所涉及的各个阶段。但简穿ESA总干事,多年来谈论在半永久的解决多个国家和企业合作,他称之为“月亮村”。中国国家航天局也援引官方媒体说,一个月球基地是其目标,尽管它尚未宣布会在什么时候发生。

去年12月月球勘探前景获得了提升,当一个美国总统指令告诉美国国家航空航天局把目光从探索小行星人类重返月球。美国国家航空航天局已经要求公司制定探测器技术概述了计划要求数十亿美元在未来五年新项目支持月球探测最终,导致人类返回。“这是一个相当激进的改变方向,“苗圃说。今年10月,空客欧洲工程公司发起了一场比赛月球的竞赛支持者,包括欧洲航天局和美国航天公司蓝色起源,承诺基金公司开发关键技术可持续发展的月亮。

在接下来的几年里,唯一任务在月球上着陆将机器人:中国和印度将在未来三个月内发射探测器,然后呢俄罗斯有一个计划在接下来的五年。但NASA、ESA和俄罗斯的空间机构,日本和加拿大都支持建设的想法在月球轨道空间站2020年代中期。(在他2019年的预算请求,美国总统特朗普建议NASA在这个项目上花费27亿美元在未来五年)。飞行器可以提供一个基地,以使短,多周载人去月球表面的加压探测器——毛雷尔称之为“野营的解决方案”。最后,结算可以效仿。“我认为20年是一个现实的时间框架在月球表面上的基础设施,居住着或由人类,”詹姆斯说木匠,人类和机器人探索战略官ESA在位于荷兰。

研究者一直探索收获月球资源,但是比预期更多的希望。现在,他们加大月球定居点技术与真正的期待,他们的工作可能会付诸行动。虽然毛雷尔ESA LUNA中心练习生活在月球和矿业,其他人正在如何种植食物和建造防辐射的避难所。

7月会议在ESA的欧洲太空研究与技术中心位于准备未来人类登月计划,250多名专家从学术界、采矿、冶金、建筑和建筑搭他们的想法。“如果你跑同一车间五年前,这可能只是少数人,”艾登·考利说,欧洲宇航员科学顾问中心。“胃口确实增加了。“虽然一个月球基地仍可能永远不会发生,地球在月球生活做准备。

水采矿

月球殖民者的第一个挑战将收集水。阿波罗任务,收集样本月球的赤道,认为卫星干燥和贫瘠。所以发现十年前,月球两极港口的水冰“改变游戏规则”,罗伯特·穆勒说,NASA资深技术专家在卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心,佛罗里达州,谁开发月球采矿技术。

现在,研究人员不知道冰在哪里,有多厚或是否与土壤混合装在表。印度的Chandrayaan-2探测器,计划明年推出俄罗斯的卢娜27着陆器计划在2022年将针对这些问题。俄罗斯的探测器将2-metre-long钻由ESA设计,和实验室研究月球水的起源和丰富。NASA还想寻找水,已经委托一套公司开发月球登陆器,将勘探仪器,最早将于明年开始。four-crew人类基本需要一个微不足道的水——也许每年几十吨,苗圃,并有足够的说。“估计基于当前数据显示每极可能有100亿吨,”他说。

绝大多数的冰将开采燃料。苗圃计算,矿业公司可以通过提取盈利每年约有1000吨水和电解成其组成氢和氧推进剂的部分。月球的低重力意味着它将更便宜的股票为长距离太空旅行从那里比从地球。作为一个例子,返回任务带回的月球,在月球加油将成本只有五十分之一的价格带给所有的燃料从地球。

今年8月,科学家利用来自印度的chandrayaan - 1卫星的数据发现月球表面的冰的谎言——但永远在阴影中的火山口一样寒冷的−249°C,自然最冷的地方在太阳系。挖掘机器需要热量和力量释放水并将其转化为燃料。因为钚电池外,依靠自然放射性同位素衰变所产生的热,太贵了对于大多数私营企业来说,月球勘探者可能要利用来自太阳的能量。

他们将灵感来自挪威南部,巨大的镜子设置高山上俯瞰小镇Rjukan自2013年以来已经微笑着阳光一片镇上的中心广场上,否则是灰色和寒冷的冬天。探矿者希望在月球上做类似的事情,苗圃说。光从高峰可能直接流向陨石坑,他说,将热冰和把它变成蒸汽。从那里,冷凝水会穿梭加工厂,通过太阳能发电分割成氢和氧。这些气体可以存储和用作燃料或经由燃料电池提供能量。

另外,探测器可以挖掘被冰块覆盖的土壤,温暖烤箱释放水。烤箱可以进行无线充电,训练有素的高功率激光探测器到光伏电池。卢娜工具可以测试这将如何工作在现实生活中,与大气中增加的挑战,如月球尘埃散射激光,ESA的利奥波德夏天说。卢娜的科学家也会爬到栩栩如生的月球陨石坑看到这些深是多么容易导航,黑暗的斜坡,毛雷尔说。

为生的土壤

如果冰并不容易,在月球上的有一个替代水源:它的土壤,也称为风化层。风化层包含硅和金属氧化物-平均43%的氧气的质量在月球上,随处可见。氧气抓起从土壤能电力科学或经济上有趣的前哨两极,并产生有用的副产品等稀有金属。

风化层不轻易放弃财富。从其化学键释放氧气比加热能源密集型的冰。理论上,一个反应堆可以使用巨型镜子将阳光到炉小比一个信封,加热月球泥土超过900°C,直到它发光。在这个温度下,氢和碳,最初从地球,可以带氧的矿物质和绑定元素与氢水。一个现场试验于2010年在夏威夷模拟月球风化层证明过程是可行的,尽管在低重力和真空测试工作。”本质上是一个成熟的技术,将会在几年内准备好了,”穆勒说。

研究人员希望改进过程进一步减少需要从地球带来什么。在意大利米兰理工,一群由航空工程师米歇尔·拉瓦尼亚正在开发一个原型,在较低的工作温度和回收所有的输入——在这种情况下,甲烷和氢气,因此,土壤是唯一的消耗品。目前,一个设备可能需要几十年才能产生足够的水动力一个版的阿波罗登月舱回轨道。但拉瓦尼亚说,在月球上,多个反应堆可以并行工作。大约€600000(合692000美元)的欧洲航天局资助,她的团队正在演示装置,将足够小飞的使命。

和冶金公司Metalysis罗瑟勒姆,英国正试图把氧气从固体金属矿石熔融盐浴,通了电,而不是依靠化学反应。公司首创的技术,为航空工业创建高质量的金属合金,也可以生产高纯度金属机械在月球上。

寻找避难所

如果事实证明,水不能收获的利润,一个前哨基于科学实验仍将发展,认为毛雷尔。“没有一个商业的角度来看,它只是需要更长的时间来实现,”他说。“我们可能会在一个类似于南极洲研究——主要由纯科学的兴趣。”

研究人员对实验感到兴奋,重返月球可能会屈服,说罗宾·卡纳普说,美国西南研究院的行星科学家博尔德科罗拉多州。抽样月球的古火山口可以揭示Moon-Earth系统形成,如何在早期太阳系的通量和小行星袭击卫星。研究人员还想研究月球的水循环和地震学和从地球上安装一个无线电天文望远镜的屏蔽干扰,研究早期宇宙辐射。

然而不像在南极,月球居民需要庇护的带电粒子辐射和微小陨石,雨从空间——因为月亮旁边没有保护气氛或磁场。第一主要住所可能会从地球带来的,但需要覆盖着米砂或风化层,毛雷尔说。

一个解决方案是自然:利用悬崖,峡谷、洞穴和熔岩管——古老的火山活动造成的隧道——保护生活区。去年,科学家可利用日本航天局的月之女神的飞行器的雷达数据和密度测量来自美国宇航局的圣杯的使命找到一个候选人隧道公里,显然,在马吕斯山附近的月球的一面。在地球上,研究人员已经实行指挥探测器在熔岩管开车兰萨罗特,西班牙的加那利群岛,为未来的月球探险做准备。

几百米的月神,DLR实验室在科隆,马提亚Sperl测试另一个想法——越来越多风化层的人造石。Sperl的实验室里,一束强烈的光,集中在一个仅仅需要补丁,融合在一起热烈的粉末在灼热的1100°C。随着时间的推移,这些层加起来创建深灰色,颗粒状的砖,如一个3 d印刷的过程。在月球上,阳光可以集中做同样的事情,Sperl说,他的项目的一部分RegoLight€100万合作DLR,比利时航空公司SAS和建筑和工程公司。床单没有债券的完美结合,但砖已经大约五分之一的混凝土和与石膏,Sperl说。

建筑公司Bollinger Grohmann施耐德和Liquifer系统集团在维也纳,显示4月通过联锁砖到拱门和穹顶,他们可以创建健壮的结构。Sperl说,这些足够坚实的生存月球地震和承载更多的砾石堆在保护。目前,这一过程耗时5小时左右做一个砖,但将更多的阳光会加速,他说。科学家正在探索其他地方让避难所灼热的风化层在微波炉,或绑定在一起从地球带来的材料,如聚合物。

羽衣甘蓝的饮食

植物科学家也花了大量的时间思考在自营月球基地所需的最终成分:食物。作为一个封闭的生态系统的一部分,植物回收有机废物和二氧化碳转变成氧气呼吸。今年5月,中国官方媒体报道称,志愿者们完成了创纪录的370天呆在这样一个生态系统,模拟基础称为月球宫殿,他们种植,提高了蛋白粉虱。

宇航员在国际空间站(ISS)已经空间长大吃生菜和其他绿叶蔬菜。NASA计划从肯尼迪航天中心,被称为蔬菜,有助于选择作物生长在密闭空间和富含营养物质降解大多数存储-维生素c₁, K和钾。羽衣甘蓝是一个赢家。“这是一个强国,打击一切,”史密斯说蔬菜项目经理特伦特。

在月球,宇航员将在水中生长的植物在白色和红色发光二极管,他们可以调整改变的矿物质和维生素成分。明年,ISS测试将检测番茄的成分变化取决于光。需要更多的研究来确定如何最好地种庄稼风化层的金属的混合物。“我们想知道需要什么来构建生活土壤的本质上是空间尘埃,”史密斯说。如果植物能生长在风化层,添加蔬菜研究员马修·Romeyn”突然,不仅意味着把小果树,绿叶蔬菜。”

“如果人类只能停留很短的时间,因为危险,如果他们不能在本地种植粮食,这个项目会内爆,”穆勒说。另一个障碍可能是一个法律:1967年的《外层空间条约》所有主要航天国家签署了,状态,没有一个国家可以“适当的”任何一个天体的一部分。今天大多数国家承认,这并不排除矿业在空间说Dimitra Stefoudi,空间法的专家在荷兰莱顿大学的。自2015年以来,两国,美国和卢森堡,颁布了国家法律允许太空采矿,促进新兴企业。(俄罗斯和比利时等国家认为矿业需要一个新的国际框架)。但是1967年的条约还说,太空活动应该为所有国家和人类的利益,因此,企业仍然需要找到方法来分享知识和在月球上采集资源的最终收益,Stefoudi说。

穆勒说,最终在月球上建立营地可能希望检查而不是技术,而是由政治意愿和经济学。“如果我们能解决这些,我绝对相信永久居住的月亮会发生。”