最近这些年,中国美国等都在布局大规模勘探月球资源并力争原位资源利用(即在月球上就地取材就地开发不送回地球),国内外正在积极研发货运版和载人版月球着陆器。中国力争2030年首次载人登月,美国力争重返月球。那么,以当前技术水平,大规模勘探开发月球资源仍需克服哪些难关?需要发展哪些方面的新技术?

大规模开发月球资源需克服哪些难关

月球基地原位资源利用及开发概念图(图源:ESA)

经过60余年突飞猛进的发展,人类航天技术已经取得了长足的进步。然而,目前的绝大部分空间活动依然聚焦于不远于地球静止轨道(3.6万千米高)的近地空间。随着人类对地外空间的认知逐渐深入、对拓展生存空间的持续发展需求更强,月球这颗地球唯一的卫星再次成为航天探索的焦点,它自身资源丰富、更是人类迈出地月空间的唯一跳板。

正因如此,进入21世纪后人类掀起了前所未有的探月浪潮,月球探测的频率和深度远超上世纪60/70年代的“登月竞赛”时代。以中国载人登月、美国“阿耳忒弥斯为代表的国家级工程计划,正谋求实现稳定的载人登月、长期开发月球资源和建立各类地月空间基础设施,以支持未来更大规模的空间活动。然而,我们必须意识到,这些探测活动也需要面临前所未有的挑战。

大规模开发月球资源需克服哪些难关

月球是人类最好的邻居,是我们迈出地球的“跳板”(图源:shutterstock)

第一,需明确太空探索新目标。人类上一次大规模月球探索浪潮在付出巨大代价后戛然而止,根本原因在于目标过于单一(聚焦政治影响),付出与回报明显不成正比。身处新一轮探索浪潮中,各国应首先充分理解月球乃至地月空间资源的唯一性价值,结合自身科技发展水平梳理出合理的探索目标·。例如,月球背后对天文射电研究的得天独厚条件、地月三体平衡轨道对更广空间探索的“跳板”作用、月表纯粹环境对行星科学和地质科学的研究意义,存在大量的基础科学问题。有的放矢、建立“提出目标-实现目标-发现更高水平目标”的正向循环,是支持实现长期月球资源开发的先决条件。

第二,需建立地月交通新体系。在人类几次重大“时代”级的文明大发展背后,往往是交通工具和支撑技术的重大变革。例如,船舶和航海技术决定了“大航海时代”的进程,火车汽车飞机和现代交通技术决定了“地球村时代”的发展。对于月球探索,运载火箭几乎是唯一具有决定性的交通工具。而现有运载技术依然存在造价高昂、运力有限、准备周期长和通用性差等不足,必须持续攻关重载、可回收、易维护和兼容性高等核心技术难题。同时,需聚焦地球、月球和地月系统内稳定轨道,在此建立空间站和地面站级大型基础设施,以支持长期“航班化”客运和货运,才有可能实现大规模月球资源开发。

大规模开发月球资源需克服哪些难关

月球上的交通或许并不会“拥堵”(图源:Xent design)

第三,需培育地月经济圈新模式。创造更高生产力是人类科技进步的根本目标,耗费巨大的月球资源开发也应以此为锚点。一方面,利用各类空间探索技术在“工业技术金字塔”塔顶的地位,努力牵引全产业链条的科技升级,以太空相关制造业提升整个工业部门的发展水平,做大做实整个“金字塔”的生产力产出;另一方面,应持续拓展新型经济发展模式,培育新产业格局。例如,太空太阳能电站、月球/小行星采矿、太空旅游等都是潜力巨大的未来产业,有望为人类创造出更多发展需求,进一步提升经济发展水平。

第四,需构建原位资源开发新能力。地球上的优越环境使得人类的生产和生活普遍奉行“拿来主义”原则,我们所依赖的各类能源和矿产都是地球环境历史演化的产物、而非创造。事实上,地球上的任何一种资源在宇宙中都不是稀缺的,缺乏的只是人类开发利用的能力,这也是限制人类实现行星际生存的核心桎梏。对于未来的大规模月球资源开发,仅依靠地球出发的“脐带式”补给注定是不可持续的,人类必须尽快攻克原位资源利用技术。例如,利用月球的太阳能和核能(氦3),持续获取月球的水和月表物质,以3D打印等技术维持大型基础设施,最大限度降低对地球供给的依赖。以此为样板,有望将生存脚步进一步向其他地外天体延伸。

大规模开发月球资源需克服哪些难关

月球俯瞰地球的战略地位使得对它的开发不全是科学与技术(图源:Aerospace.org)

第五,需构筑太空关系新格局。人类文明史是一部各民族与国家的斗争与妥协史,斗争使我们不甘于生存现状而努力进取,妥协使我们及时止损而融合守成。对更广袤太空的开发,是一个兼具重大政治、经济、军事、科技等多方面价值的进程,需要投入海量的人力和物力资源。而地月开发时代新的太空关系格局已脱离了地球和“国际”的概念,能否最大限度降低斗争带来的损耗、提升妥协合作带来的增益,是决定人类未来月球资源开发速度和深度的核心因素。为此,各国更应摒弃传统政治思维,构筑基于“人类命运共同体”的新格局,以支持人类共同“跨出地球摇篮”。

综上,在新一波月球探索的浪潮中,各国应明确发展目标,解决限制地月交通发展的根本问题,以探索新太空经济模式为导向,尽可能实现有限地球供给与原位资源利用的方式开发月球。在这个过程中,以“人类命运共同体”的格局重新思考各国的太空关系,是人类能永续开发月球、乃至迈出地月系统的关键所在。不过,最近这几年的格局风云突变,人类迈向“跨行星生存物种”的步伐势必会受到一定影响,我们这一代人能否见证人类这个物种在洪荒宇宙中迈出下一个“一小步”,或许并不容易。但与此同时,我们也正在“演出”真实的历史,也逐渐构建了下一代新的世界观,信心,还是要有的。

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