【人类为什么要开发地球】为什么人类要开发月球？_化学_大宣1563
编辑： admin 2017-15-06
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当宇航员们登上月球以后,发现那里有很丰富的矿产资源,几乎地球上所有的元素和矿物质,月球上都有,在地球上最为常见的17种元素,月球上到处皆是.
有人计算了一下,假如不把碳氢化合物计算在内,那么月球上的物质能为人类制造出90%需要的物品.所以说,在地球上的矿产资源日渐枯竭的今日,开发月球矿产资源具有很大吸引力,因为将来的月球最先有可能成为地球的一个巨大无比的金属制品的仓库.
我们以铁为例,根据对月球物质的化验,月面最表层的5厘米厚的沙土里就含有了400亿吨铁,但整个月球表面却有平均10米厚度的沙土.所以,月面散碎物的表层的铁的总含量就是400亿吨的200倍.
如今,美国等国家正在忙于研讨关于未来月球冶金工业的建设方案.大概到2025年左右,月球上就可能出现第一批冶金工厂,来生产各种金属制件和液氧以供建设月球基地、太阳能电站、空间站以及其它各类航天器的需要.
许多计算结果显示,不利用开发月球资源,不发展建立月球工业,要进行以上所述这些项目的建设是不太可能的.
值得强调的一点是,因为月球上有高真空、低重力这些特殊条件,这不仅能生产具有特殊的强度、塑性及其它性能良好的合金和钢材,并且还能生产出一些质量优异、性能卓越的新产品.例如那些光导纤维与纯度高的各种生物医疗制品等.
除此之外,月球将来还是地球的一个能源产生的基地.有些专家发现,月球物质中饱含理想的核聚变的燃料,发电的效益很高.
现在,有许多发达国家的科学家都在设想到月球上去建立一个采矿厂,并且将矿物运回到地球,用来解决长期困扰人类的能源短缺的问题.
在航天事业日益蓬勃发展的今日,可以充分利用月球上的一些航天材料与燃料是一个颇有前途的想法.许多科学家正在考虑把火箭发射场建在月球上,因为在月球上的重力只是地球重力的六分之一,再加上没有大气层的阻碍,因而从月球把人员与设备送进太空要比从地球上发射上去省钱、省力得多.
估计在不久的将来,人类利用开发月球的矿物资源的梦想将会实现.
互助这道作业题的同学还参与了下面的作业题
题1： 【为什么人类要开发月球?老师急要!】[化学科目]
月球引力很小,在那里建造发射场向空间发射载荷成本很低；
没有大气,在那里建造天文台能看得更远、更清楚；
在那里建造太阳能发电站效率高；
月球有丰富的矿藏,如巨量的氦3、铁等等,能造福人类.
因为月球上有高真空、低重力这些特殊条件,这不仅能生产具有特殊的强度、塑性及其它性能良好的合金和钢材,并且还能生产出一些质量优异、性能卓越的新产品.例如那些光导纤维与纯度高的各种生物医疗制品等.
题2： 【人类未来对月球的开发?】[语文科目]
月球开发
竞赴蟾宫会嫦娥
一年一度的中秋佳节又要来临了,今年是人类第一次踏上月球的34周年,人类拜访月球的活动,在历经长时期的沉寂后,如今又掀起了新一轮的热潮.
NASA设想的月球基地,太阳能电池板方阵将为月球的居住者提供主要电力.
月球是地球惟一的亲密小伙伴,在20世纪60年代末至70年代初的冷战时期,美苏两个超级大国推动的第一次探月热潮,完全是大国政治竞争的产物,月球成为美苏冷战的极好舞台.现在,月球已成为新一代探索者的目标,空间科学家希望能在地球和月球之间,重新构筑起一种长期而有价值的联系.
四方探月
21世纪的前20年将是月球探测的又一个高潮,与第一次探测潮不同的是,这次的主力阵容完全是新面孔,欧洲空间局（ESA）、日本、中国和印度,美国国家航空航天局（NASA）的主要关注点是火星,对月球则显得缺乏兴趣,至于苏联的主要继承者俄罗斯,则因经费问题而罢手.
在21世纪最先造访月球的,将是欧洲空间局的“SMART－1”探测器,计划于今年底发射.2004年夏,日本将发射两个探测器——“月球－A”；2005年,日本将发射自“阿波罗”计划以来最昂贵的探测器——耗资3亿美元的“月亮女神”探测器（Selene）.中国今年正式启动了一项名为“嫦娥工程”的探月计划,有望在3年内发射探月卫星.印度将在2008年之前发射第一个月球探测器——轨道飞行探测器.
上述各地区各国的探月计划各有千秋,与“嫦娥”约会的目的各不相同：欧洲空间局侧重于验证航天技术和卫星上搭载仪器；日本则专注于研究月球内部构造的演化和形成；中国重点研究月球资源分布；印度探月任务与中国相近,但任务范围相对较小.
探测月球是为了人类登陆和定居月球.中国实施月球探测计划,将分4个阶段来实现：第一步是研制和发射月球轨道器、软着陆月球登陆器和月球车,第二步实现取样返回,第三步实施载人登月计划,第四步的任务是人类在月球上定居.定居月球既是人类探月计划的最后阶段,也是人类开发和利用月球资源,并以月球为基地进行深空探测的基础.因此,探月的最终目标是与“嫦娥”为邻.
淘金月球
虽然美国官方对月球不感兴趣,但美国民间则有人兴趣颇浓,把月球探测看成是一个有利可图的市场,想在“嫦娥”身上赚一把.
美国加州的TransOrbital公司是美国首家得到美国国务院和国家大气海洋局的首肯,可以向月球发射商业飞船的私人公司.今年11月,该公司将使用改装的俄罗斯SS－18弹道导弹,在哈萨克斯坦境内的科拜努尔航天基地,发射升空价值2000万美元、重110千克、携带两部照相机的月球探测器,在太空中停留90天,其中一部照相机将拍摄分辨率为1公尺的照片——分辨率比普通的高出一个数量级,另一个则拍摄连续的月面电影.该公司主席认为教师、广告商、电影制片人、电子游戏开发商将会需要这些高质量的月球照片.
同时这个探测器还会释放一个硬着陆舱,其中将装有从名片到骨灰等各式各样的东西,这是该公司提供的另一项服务.TransOrbital公司的此次月球飞行,将揭开一场商业化空间飞行热潮的序幕.
美国弗吉尼亚的月球公司（LunaCorp．）,则计划发射一个重约200千克、耗资2000－3000万美元的月球绘图及通信卫星,将由航天飞机分散发射至国际空间站组装,希望NASA以及其他的宇航局和科学家会购买这颗卫星的服务.
另外,希尔顿国际公司已经宣布将在月球上建立第一家饭店,为此他们已经投资了10多万英镑.
开发前景
月岩中含有大量硅酸盐,可供建造各类建筑.月球上的矿藏铁、钛、铝以及其他地球上缺乏的稀有元素,可以就地开采、冶炼,用来制造各种设备,供空间站使用或运回地球.由于没有大气阻挡,月球上可建立高效率的大型太阳能发电站,为各类开发活动提供充足的能源.
所以月球开发第一步,在技术上应该先建立近地空间站并保证其长期在空间的运转.它的轨道降低后可以再升高．其中的设备用旧了可以更新,燃料也可以不断添加补充.这一空间站可供研究长期失重对人体的影响,试验长期宇宙飞行的技术与设备,并在空间条件下研制新材料.更为重要的是,将可充当月球基地建设和火星载人飞行的中间站.
月球开发计划的第二步,是建立月球基地.首先建立大型太阳能发电站、月球太空港、月球观测室和实验室,以及月球产品加工实验工厂.随后,将陆续建成采用月岩及土壤为原料的氧气提炼厂,以及供天文学和物理学研究用的大型实验设施.大约到2025年时,可望在月球上逐步建成各种无人操作的生产机构,并可定期向地球的同步轨道平台、空间工厂和空间站等提供月球上的产品.届时,月球基地的工作人员,约可达200人.未来的人类将在月面上就地取材进行生产、建设.
月球开发计划的第三步,是把已建立起来的月球基地,作为中转站和补给站,实施载人登火星的宇宙航行壮举.
(厦门日报)
九天揽月各国争先恐后
寂寞月球点燃开发激情
九天折桂 打破蟾宫冷寂
今年3月5日,美国航天局的科学家宣布,他们在月球表面发现了水.这个消息立即引起了全世界的关注.
两个月前,美国于佛罗里达发射了“月球勘探者”号机器人探测器,经过对月球表面7个星期的扫描,该探测器上的中子谱分析器发回
的数据表明,月球陨石坑底部的土质很松,里面有大量的氢,而氢的存在表明干土里有冰碴.
“月球勘探者”号首席分析家艾伦·宾德博士欣喜若狂地说,“我们找到了水!”他认为,这一发现证实：在过去几十亿年里,冰彗星和冰陨石袭击月球时,把冰留在了月球上.而根据探测器发回的初步数据推断：月球上水的总储量有可能在1100万吨到3．3亿吨之间.
月球上发现水的意义极其重大.科学家认为,即使月球上水的储量只有3300万吨,也可保证2000人在月球表面上生活100多年.可为人类从月球上继续探索太空提供原料和燃料.而如果从地球向月球运输3300万吨水,至少要耗资60万亿美元.因此,这一发现可能成为人类走向太空的一个新的里程碑.
月亮是地球唯一的天然卫星,在人类开发外层空间中具有特殊的地位.它不仅是人类探测太阳系和其他星球最理想的跳板和中转基地,
而且还蕴藏着丰富的资源,其表面存在的氦－3是地球上难得的核燃料,若全部开采,可满足全世界几百年甚至上千年的能源需求.此外,月
球还是理想的天文、重力波物理和中微子物理等学科的实验和观测地.
人类一直梦寐以求开发月球.50年代末至70年代初,美、苏曾向月球发射了40多个探测装置.1969年至1972年更是实现了人类登月的壮举,其间先后有12名宇航员登上月球.但自最后一次“阿波罗”载人飞船登月的25年以来,由于月球考察耗费巨大,收效甚微,无论美国还是苏联,对月球的探测基本处于停滞状态.
各国争先 重掀登月热潮
“月球勘探者”的新发现重新燃起了各国新的登月热情.
90年代之后,美国航天局开始重提登月计划,并制定了“更快、更便宜、更好”的新开发政策.此次“月球勘探者”号便是一个成功的例子,这个探测器的造价仅为2000万美元,负责运送它的火箭只有2800万美元.这次行动的全部费用只有6300万美元,远不及当年“阿波罗”计划的一个零头.“月球勘探者”号的成功,使美国重返月球的兴趣进一步大增,被列为美国航天航空局今后的主要目标之一.据报道,美国科学家已经制定了进一步降低费用的计划,打算在2001年,用仅相当于当年登月耗费的1／20的投资完成新的登月行动.
为了挑战新一轮登月热潮,俄罗斯也制订了第二个月球探测开发计划,并已于去年开始实施.该计划的最终目的是在月球上开采氦－3.这种在地球上极为贫乏的核燃料,只需几十吨就能满足全球一年的能源需求,比在地球上开发石油和天然气的成本还要低.尽管目前俄罗斯经济比较困难,但俄联邦政府还是从去年就开始对这项计划拨款.俄将分三阶段来实施该计划,并准备在2010年以后建立月球基地,研究月球采矿工艺.“月球上有水”的消息对他们无疑是一个极大的鼓舞.
资源匮乏的日本近年来一直急欲在宇宙空间占有一席之地,在此次月球开发热中自然不甘落后.日本宇航局已计划在50年内实现月球采矿,准备于2003年先向月球发射一个机器人,收集矿物分布数据.于2010年左右在月球建立永久性空间站,并派人驻扎进行开发研究.日本的一些大型民营企业,如日产汽车公司、清水建筑公司等也在积极参与和推动这项计划.清水建筑公司甚至已构想出拟在21世纪建造的“太空旅馆”的模型,力争到时能够抓住做月球旅游生意的先机.
欧洲航天局早在1994年就制定了“欧洲月球2000”计划,其目标是要在月球上进行基础设施建设,开发和利用月球资源.计划原定于2000年用阿丽亚娜5型火箭把“月球之星”探测卫星送入月球轨道,来自欧航局成员国的50名科学家和工程师目前正在设计和制造这颗卫星,
卫星将对计划于2001年登月的“欧洲月球登陆者”飞船的着陆区域进行详细考察并绘制“月”图.毫无疑问,“月球勘探者”的最新发现将促使欧洲航天局加紧实施“欧洲月球2000”计划.
竞争难免 期盼联合开发
很明显,“月球上有水”这一新发现必将促使各国重新调整今后20年的航天计划,促进各国政府和航天机构进一步支持月球开发计划.
有舆论认为,美国发射“月球勘探者”引发的月球开发热,实际是新一轮大国瓜分月球资源竞争的开始.但这一次的竞争已不仅是在美苏之间,日本、欧洲及更多的国家将参与其间.
但更多的人认为,同时也是期盼,在未来外层空间的开发中,全人类的合作将会成为主流.实际在90年代之后,人类对月球的勘测与开发已经反映出这一趋势.
冷战期间,美、苏太空争夺十分激烈,达到剑拔弩张的地步.为了压倒对手,双方都拟有庞大的航天计划,但皆因耗资巨大、力不从心而未能实施.比如,1984年,由美国倡议,欧洲航天局、加拿大、日本等发达国家参加,计划到90年代中建立一个百吨级的“国际空间站”.就是因为规模太大、耗资太多,致使方案屡改,迟迟不能兑现.
冷战结束后,白宫责成美国宇航局与俄罗斯合作,并于1993年接纳俄加入“国际空间站”计划.航天实力雄厚的俄罗斯加盟,为国际空间站计划注入了新的活力.这项计划现已成为以美俄为主要合伙人的大型国际航天合作工程,参加这个计划的还有加拿大、法国、德国、英国、日本、巴西等十多个国家.该计划预定于今年正式开工.据科学家分析,月球上有水的新发现很可能会加快国际空间站的建设步伐,而国际空间站建成后,把月球建成太空探索基地将变得更为顺理成章.
美俄新的航天合作当然有双方自身利益的驱动.美国看重俄罗斯的航天技术,而俄国急于为其规模日益缩小,跋涉愈发艰难的航天业“找到出路”.但更重要和更现实的因素是,在即将到来的21世纪,人类不但将重返月球,而且要向远在数亿公里以外的火星进军,以缓解全球性的人口爆炸和能源短缺的危机.而这类世界性的大规模航天工程,没有国际合作是办不成的.在浩瀚无垠的茫茫宇宙间,地球不过是一个小小的孤岛,人类唯有同舟共济,从全球的共同利益出发,携手解决面临的重大问题,不断开拓新的生存空间,才能繁衍和发展.
图为日本一公司设计的未来月球城的模型.
月球开发路有多长
2002年,日本将发射“月球”－ A探月器,它进入月球轨道后将向月面投放3个研究月震的穿透器.资源匮乏的日本一直急欲在月球开发方面占有一席之地.它还拟于2003年向月球发射一个机器人,收集矿物分布数据；2010年前后在月球建立永久性工作站；此后实现月球采矿.
美国1994年恢复探月.那年升空的“克莱门汀”－1初次发现月球上有水冰.但该探测器的主要任务是试验“星球大战”计划中研制的仪器.所以1998年1月6日发射的“月球勘探者”才算是美国“阿波罗”登月计划后的第一个月球探测器.它载有5种仪器,其中中子光谱仪用于探测氢,从而证实月面上是否有水,结果大获成功.这极大地激发了人类重返月球的兴趣,因为水可用于满足未来载人登月的生活需要,栽种农作物,还能分解出氢和氧,为空间探测器提供燃料,从而大大延长它们的使用寿命.它将使开发月球和行星探测变得更为容易.
美国的长远计划是在21世纪初让航天员重返月球,建立适合居住的前哨站,在月面安装科学仪器和取氧装置.2010年以后将建立月球基地.
俄罗斯也制订了第二个月球探测计划,并于1997年底开始实施.计划的最终目标是提取月球上的氦－3,以满足能源需要.它分三个阶段进行：1997－2001年发射几个探测器,建立月球探测网,全面绘制月球图；2001－2010年发射月球车,采集月岩标本运回地球分析,以确定其中的矿物含量和矿藏所在地；2010年后建立月球基地,研究采矿工艺.
欧空局早在1994年就开始制定“欧月2000计划”,目的是在月球上进行基础设施建设,开发和利用月球资源.该局1998年宣布,欧洲将于2001年发射一颗微型月球卫星,主要任务是为之后在月面着陆的登月舱绘制着陆区的精确“地图”.登月舱预定着陆点位于“月球勘探者”发现的月球南极水源分布区附近,极有利于建立未来的月球探测科研站.欧洲还想在2030年将航天员送上月球.
印度空间研究组织（ISRO）2000年3月宣布,一旦印度确定了有关的科学目标,将自力更生地发射月球探测器.这项计划拟在2008年实施,如获成功,印度将成为又一个拥有月球探测器的国家,这将使印度在国际航天领域中的地位大大提高ISRO已结合有关建议,列出了几个印度月球探测计划中可能进行的科学研究项目,其中包括：广泛调查月球附近粒子及辐射环境,通过γ射线光谱测定法了解稀有元素的分布状况；详细地研究月球表面成分和岩石分类；月球表面彗星星尘的研究和分析；详尽的高分辨率立体图像测绘等.尽管如此,ISRO内部也有人对月球探测计划持慎重态度,因为印度现在还依赖于俄罗斯提供的低温燃料发动机,从目前情况来看,要使自己研制的发动机达到完全成熟的地步,还要付出艰苦的努力.因此,已经走在世界卫星遥感技术前列的印度,在实施月球探测计划的过程中,可能还有很长一段路要走.
人类将于2010年建立月球永久居住地
夜色降临,悬挂在天际边的一轮明月总是勾起人们无限的遐想.重返月球,已成为从20世纪末起奏响的空间科学主旋律之一.
人类对月球的科学探测和研究始于20世纪50年代.自1959年始,美国和原苏联展开了以月球探测为中心的空间科学与技术的激烈竞赛,至1976年,发射成功的月球探测器总共有43颗.1969年7月,阿波罗11号实现了人类登月的梦想,在月球探测方面取得了划时代的成果.
尽管人类“目光”所及已经达到120亿光年的宇宙深处,尽管航天器已登陆火星,但月球仍是人类开展空间探测的首选目标,因为这颗距离地球最近的天体具有可供人类开发利用的独特资源,也是人类向外层空间发展的良好基地和前哨站.因此美国于1986年提出重返月球,建立月球基地的设想,并于1994年和1998年分别发射了两艘探测器,奏响了人类重返月球、建立月球基地的序曲.
据悉,根据重返月球的计划,人类将于2005年在月球建立月面前哨站,2010年建立设备齐全的永久性居住地,2020年兴建实验工厂、农场等.和首次登月不同,人类这次将要在月球上长期呆下去.
“在众多的应用项目中,有望形成产业的至少有两方面,一是月球能源的利用,二是月球矿产资源的利用.”中国科学院空间科学与应用研究中心姜景山研究员在此间举行的中国工业高科技论坛上说.
专家同时指出,月球探测是先进科学和技术的综合与创新,是一个国家综合国力和科技水平最有显示度的项目.月球探测的实施,不仅可以促进一系列基础科学和高科技的发展,还将有助于我国参与月球能源和资源的开发与利用,使我国科技和综合国力上一个台阶.据悉,美国、欧洲和日本等都在积极进行月球探测.
我国何时飞向月球开拓天疆
我国是联合国外空委员会的成员国,在月球探测上是有条件的.如果我国在月球上占有一席之地,在分享月球开发权益上就具有更大的发言权——
上月5日,美国“月球探测者”号机器人探测器发回的数据显示,月球陨石坑底部的土质很松,含有大量的氢,表明干土里有冰碴.据初步推断：月球上水的总储量可能在1100万吨到3．3亿吨之间.这一发现可能成为人类走向太空的一个新的里程碑.
1405年,我国伟大的航海家郑和率船队首次通使“西洋”,在其后的28年间他又屡次出海,最远时曾到达非洲东岸和红海海口,若明朝不实行锁国政策而支持郑和继续探险,中国极有可能最先发现美洲新大陆.87年后,意大利人哥伦布后来居上,他那横渡大西洋的航行,成为15—16世纪开发、移民美洲的世界热潮的导火索.
专家认为,现在,我们面临开发月球的前夜,我们不能再丧失机遇,在国力许可的条件下,我们应积极准备,参与到开发的前期工作中去.
纵观国际上各空间大国的发展历程,美、苏两国在发展载人航天技术之前就已开始了深空探测活动,从50年代末到70年代中,苏联和美国相继发射了83个月球探测器,对月球及其周围环境进行了一系列的探测活动.美国还在1969年实现了“阿波罗”载人登月的创举,苏联也完成了利用月球车采集月球标本、自动器返回地面的高水平探月活动.
进入90年代,日本在继苏、美之后第三个闯入“深空俱乐部”,他们于1990年1月发射了一颗“飞天”月球探测器,他们还计划于2024年在月球上建立6人月球基地.1994年5月31日—6月3日,在瑞士和欧洲航天局的倡导下,美国、俄罗斯、日本和欧洲的科学家们在瑞士的贝阿滕召开了一次讨论征服月球问题的会议,他们一致同意进行第一阶段的研究,即先发射一些卫星、月球探测器或机器人,然后再让一些机器人长期停留在月球上进行土壤和环境分析研究；接下来便是对月球资源的开发,在月球上制造氧气.同时计划在2015—2020年,人类再次登上月球并在那里建立第一个基地.
北京卫星信息工程研究所研究员、科技委主任姜昌近日对记者说：“日本和欧共体加入空间大国竞争的行列,他们急起直追,不光计划发射月球探测器,而且打算在月球上建立半永久和永久的基地,就是为了要在月球上占有一席之地,在月球开发方面拥有发言权.”姜昌说,我国自1970年4月24日成功地发射了第一颗人造地球卫星以来,在运载火箭和卫星发送技术等方面有了飞速的发展.因而,我国在月球探测上是有条件的,在月球上占有一席之地,对我们炎黄子孙的未来发展,对提高中国在国际上的威望,增强民族自豪感有着极其重要的意义和作用.
月球是离地球最近的一个星球,近地点36．33万公里,远地点40．55万公里,如此近的距离———仅是发射通信卫星的地球静止轨道的十倍左右,使它成为人类向外层空间转移的第一个目标,也是人类飞向其他星球的一个中转站和基地.月球有与地球相似的岩石和矿物,人类可以从中提取和合成人类生存所必需的氧气和水.
能源是人类生存、发展面临的最严重的问题之一,未来解决能源不足的主要出路就是利用可控的核聚变反应得到的核能,而用氘和氦—3聚变生成的氦聚变反应是安全、干净、较易控制的核聚变.在地球上,天然气矿床中已知的氦—3资源仅够维持一个500兆瓦规模发电厂数月的用量.而太阳恩赐给月球的氦—3贮量据科学家们保守估计将有71．5万吨,我国1993年全年发电量为8200亿千瓦小时,若用氘—氦3核聚变能,则只需8吨的氦—3就够了.
除此之外,月球上还含有极丰富的钛铁、硅、铝、钙等矿藏,钛铁矿是铁、钛的来源,是生产氧的潜在来源.而氧又可与氢合成获得水,这是人类未来在月球上赖以生存和开发培植绿色植物的根本条件.
众所周知,30多年来我国已建成了完整的航天工程系统体系,我国已拥有7个型号的长征系列运载火箭,可用于发射各类航天器；我们已经研制和发射成功30多颗各类卫星；三个著名的发射场（酒泉、西昌、太原）都已投入使用；测控网覆盖全国,还有“远望”号跟踪测量船,已经初步建成了各类卫星地面应用系统.从技术上说,除一座34米或70米口径天线的深空测控通信站外,我国研制和发射月球卫星的条件已基本具备.
联合国在1984年通过了一个《指导各国在月球和其他天体上活动的协定》,简称“月球条约”.当前,开发和利用月球日益受到空间国家的重视,月球是继地球南极争夺之后的又一个争夺热点,随着科技的进步,月球的战略意义、政治意义、经济意义及科学意义远在南极之上.在这种情况下,如何保证履行《月球条约》规定的义务、权利及有关月球开发利用的权益分享等问题也引起了包括“非月球国家”在内的联合国成员国的重视.这些问题已列入联合国外空委员会的议题.我国是外空委的成员国,如果我国开展了月球探测活动,并多少取得一定的成果,那么在国际论坛上讨论如何履行《月球条约》以及分享月球开发权益等问题时就具有更大的发言权,能有效地维护我国的权益.
人类超越地球,到太空中去,到别的星球去考察、去定居,这已不再是神话和科学幻想,而是即将开始的行动.中国人口最多,平均占有可耕地面积最少,自然资源并不丰富.让我们行动起来,去开拓天疆,和平利用外层空间.
21世纪可能在月球上开展光学天
文学和射电天文学研究,并可能用
月球上的材料在空间制造产品.前
景的一个质团驱动装置正在将一些
棒球大小的月球材料推往太空.
载人航天连续报道
21世纪载人航天活动展望(3)
吴国兴
(航天医学工程研究所)
3 对太阳系的开发和利用
21世纪载人航天活动的最大项目是对太阳系的开发和利用,具体地说就是要重返月球, 在月球上建立载人基地；进行壮观的载人火星飞行,并在火星上建立载人基地；开发和利用 太阳系的小行星和外层行星的卫星.
3.1 月球的开发和利用
1989年美国总统布什提出要在21世纪的前10年重返月球.1996年日本也提出要在未来30年内 建设小型月球基地的计划.科学家们估计,人类在月球上建立第1个永久性载人基地的时间 最早是在2009年,最晚是在2020年.
1993年国际航天科学院月球开发小组委员会列出月球开发计划的10个目的：
(1) 在月球上建设1个特殊环境的科学实验室；
(2) 更好地研究月球及其资源；
(3) 在月球上开发和生产空间产品；
(4) 建立第1个地外人类殖民地；
(5) 利用空间能源供应地球；
(6) 发展先进的空间技术；
(7) 表明人类的进化发展已超出地球范围；
(8) 将人类的文明推向宇宙；
(9) 遇到全球性的灾难时可作为避难所；
(10) 必要时可作为高危险性废料的存放地.
从1959年以来,美国和苏联用无人探测器对月球进行过50多次的探测.1969年~1972年间, 美 国进行了阿波罗登月计划,先后有6批航天员登上月球.他们在月球上采集样品,对月球进 行了科学考察.1994年美国克莱门汀-1月球探测器发现月球上有水冰的存在,1997年美国" 月球勘探者"探测器进一步证实月球南北两极有大量水冰.水冰的存在为月球上建立载人基 地提供了有利的条件,从而大大激发起世界各国对月球开发和利用的兴趣.
根据目前的估计,月球上水的总量约为100亿吨(合10 km3).水除了可供月球基地使用外 ,还可电解成氢和氧作为火箭推进剂.在地球与月球之间的航天运输途中,给运输系统补充 推进剂,这将给月球的开发带来巨大的经济效益.而且除水冰以外,月球上还有丰富的氙和 氦-3.氙可作为电推进装置的原料,氦-3则是核聚变反应的理想燃料,因为它既便宜又无放 射性.
科学家们对月球的开发和利用提出了各种各样的想法和建议,最典型的是将整个开发利用过 程分为5个阶段：临时性月球站、永久性月球站、 月球基地、月球工厂和 载 人 航 天
俄罗斯计划研制新的空间站系统面临着新的机遇和挑战,俄罗斯工业界正分别计划为国际空间站研制新的系统.
赫鲁尼切夫机械制造厂正致力于研制一种新型的功能货舱,使其能够对空 间站进行再供给,或组成新太空舱的基础,这一工作已开展数年.由俄罗斯人研制的12.5 m长、21 t重的曙光号功能货舱作为空间站的第1部分已于1998年11月发射.
另1个被称为JIG舱的计划来自于能源公司和中央机械制造科学研究所.这一计划仍 处在初始的概念设计阶段.JIG舱将是一个多用途设备舱,可用来在空间站上装配、发射、 维修和回收小型的航天器.它也可以支持航天员进行舱外活动.
第51届国际宇航联大会对这些计划进行了详细的讨论,并希望以市场运作的商业
月球殖民区.
(1) 临时性月球站.它可容纳12名乘员,研究、设计和建造时间为10年,使用寿命15年.它 用可多次使用的单级航天运输系统为其提供后勤保障.月球渡船也是可多次使用的,并用 液氧和氢作燃料,亦可在月球上重新加注.月球产氧量为每年100 t.
(2) 永久性月球站.它可容纳24名乘员,研究、设计和建造时间为10年,使用寿命50年.它 也是用可多次使用的单级航天运输系统提供后勤保障.月球产氧量大为增多
题3： 【以后人类回怎样开发月球?】[物理科目]
华声报讯：从理论上讲,太空中的小行星、彗星等小天体“亲吻”地球的可能性的确存在.但俄罗斯专家最近也根据理论计算指出,高强度激光可将小天体推离与地球相撞的轨道,或者将其摧毁.
据俄《消息报》报道,俄科学院应用数学研究所的专家伊瓦什金发表文章指出,可以将对付危险小天体的激光器安装在绕地球运行的空间站上或未来的月球基地内,同时应为激光器配备用于观察小天体的望远镜和为这些设备供电的电站.
伊瓦什金针对波长3微米的红外激光和半径100至500米、密度为3克／立方厘米、近似球状的小行星进行了大量理论计算.结果显示,如果发现小行星后应对时间充裕,那么须发射出威力相当于2.4万至290万吨梯恩梯炸药的高强度激光,使小行星表层物质转变成向外发散,并相对于小行星运行方向反向运动的等离子体,产生反向加速度,使小行星脱离与地球相撞的轨道.
研究表明,如果应对时间紧迫,须发射出威力相当于400万至3340万吨梯恩梯炸药的激光,将其摧毁成对地球无害的小碎块.
伊瓦什金认为,若想发射出能摧毁小天体的激光,激光器射出的红外激光的初始直径须达到约100米.如果未来的单个激光器无法制造如此大直径的激光,可将数个高强度激光器集中起来,共同创造出符合要求的激光.根据计算,这样的激光器需配备发电功率达1300瓦至1.8万瓦的电站.如果空间站上无法安装这样的电站,可以在未来的月球基地上铺设总面积达1300平方公里的太阳能电池板,其提供的电能可使利用重氢和氟产生的红外化学激光完成让小天体远离地球的使命.但伊瓦什金同时指出,上述设想的实现有赖于科技的继续发展,但从理论上说该设想是可行的.
题4： 【人类以后将如何开发月球】[物理科目]
人类在月球上无法生存,所以谈不上开发月球,我们的最大任务是保护地球,与大自然和谐相处,留给子孙万代一个生生不息的环境.
月球上缺乏的东西：
1.空气稀薄.（其中人类需要的氧气几乎没有.）
2.阳光不足.（昼夜温差过大.）
3.没有水.
4.没有适合植物生长的土地.（我们需要粮食啊!）
5.关键是人类在进入太空前需要经过大量的特殊训练.（需要大量的物力,财力,时间.）宇航员的身体条件要求超过了飞行员.不可能每个人都进入月球生活.所以开发月球劳民伤财,毫无意义.
题5： 【关于人类开发月球如题,老查不到,快而且好给20分】[语文科目]
1为什么人类要开发月球?
当宇航员们登上月球以后,发现那里有很丰富的矿产资源,几乎地球上所有的元素和矿物质,月球上都有,在地球上最为常见的17种元素,月球上到处皆是.
有人计算了一下,假如不把碳氢化合物计算在内,那么月球上的物质能为人类制造出90%需要的物品.所以说,在地球上的矿产资源日渐枯竭的今日,开发月球矿产资源具有很大吸引力,因为将来的月球最先有可能成为地球的一个巨大无比的金属制品的仓库.
我们以铁为例,根据对月球物质的化验,月面最表层的5厘米厚的沙土里就含有了400亿吨铁,但整个月球表面却有平均10米厚度的沙土.所以,月面散碎物的表层的铁的总含量就是400亿吨的200倍.
如今,美国等国家正在忙于研讨关于未来月球冶金工业的建设方案.大概到2025年左右,月球上就可能出现第一批冶金工厂,来生产各种金属制件和液氧以供建设月球基地、太阳能电站、空间站以及其它各类航天器的需要.
许多计算结果显示,不利用开发月球资源,不发展建立月球工业,要进行以上所述这些项目的建设是不太可能的.
值得强调的一点是,因为月球上有高真空、低重力这些特殊条件,这不仅能生产具有特殊的强度、塑性及其它性能良好的合金和钢材,并且还能生产出一些质量优异、性能卓越的新产品.例如那些光导纤维与纯度高的各种生物医疗制品等.
除此之外,月球将来还是地球的一个能源产生的基地.有些专家发现,月球物质中饱含理想的核聚变的燃料,发电的效益很高.
现在,有许多发达国家的科学家都在设想到月球上去建立一个采矿厂,并且将矿物运回到地球,用来解决长期困扰人类的能源短缺的问题.
在航天事业日益蓬勃发展的今日,可以充分利用月球上的一些航天材料与燃料是一个颇有前途的想法.许多科学家正在考虑把火箭发射场建在月球上,因为在月球上的重力只是地球重力的六分之一,再加上没有大气层的阻碍,因而从月球把人员与设备送进太空要比从地球上发射上去省钱、省力得多.
估计在不久的将来,人类利用开发月球的矿物资源的梦想将会实现.
2人类以后将如何开发月球
人类在月球上无法生存,所以谈不上开发月球,我们的最大任务是保护地球,与大自然和谐相处,留给子孙万代一个生生不息的环境.
月球上缺乏的东西：
1.空气稀薄.（其中人类需要的氧气几乎没有.）
2.阳光不足.（昼夜温差过大.）
3.没有水.
4.没有适合植物生长的土地.（我们需要粮食啊!）
5.关键是人类在进入太空前需要经过大量的特殊训练.（需要大量的物力,财力,时间.）宇航员的身体条件要求超过了飞行员.不可能每个人都进入月球生活.所以开发月球劳民伤财,毫无意义.
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.
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冻层,
大量的冰同岩石,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,坑内混度太代,需要能在月球两极-230℃起低温下工作的机器,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,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.
①基地建设准备阶段：对地形及资源的调查；
②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；
③建立月球生产基地：月面上长住,生产活动开始；
④发展中的月球基地：生产活动进入正常化阶段；
⑤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.
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.
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.