怎样开发月球构想？

月球是距地球最近的天体，也是除了地球人类至今唯一留有足迹的星球。人类对月球的研究可以追溯到上古时代，那时候就有了关于月食的记录和预测。经过古代、近代和现代科学家长期的研究，尤其是20世纪末的40年里，人类多次的登月活动，对月球土壤的取样和分析，以及用航天器对月球的逼近探测等等，结果证明，月球已经具备被人类开发利用的基本条件。

首先，月球上有丰富的物质资源。月球上有地球上所有的元素和60多种矿物，其中还有6种矿物是地球没有的。在月球的土壤中，氧的含量为40％，硅的含量为20％，还有丰富的钙、铝、铁等。

对月球岩石的样品进行分析，发现月球上的岩石主要有三种类型。第一种是富含铁或钛的月海玄武岩。暗色的月海玄武岩主要由单斜辉石、基性斜长石和钛铁矿组成，有时含橄榄石和磷灰石，或微星硫铁和金属铁等物相。登月已取回的岩石中***发现20多种玄武岩的类型。根据氧化钛的含量可将月海玄武岩分为高钛、低钛和极低钛。这些玄武岩特点是富钛富铁，无含水矿物，氧逸度低，无三价铁出现，具有多样的细粒至粗粒结构。第二种是斜长岩，富含钾、稀土和磷的岩类等。斜长岩由95％的斜长石及少量低钙辉石组成，主要分布在月球高地。第三种是由大小为0.1～1毫米的岩屑颗粒组成的角砾岩，是撞击作用的产物。角砾岩可分为破碎状斜长岩、部分熔融的角砾岩、复矿碎屑角砾岩和深变质的喷出岩。

用光谱分析鉴别出月岩中含有地壳里的全部元素和60种左右的矿物，其中有6种矿物是地球上所没有的。难熔元素约占月球质量的65％，富铁及难熔元素的残余液体凝结绢成250千米厚的月球外壳。在月球土壤中，氧占40％，它是推进剂和受控生态环境生命保障系统的供氧源；硅占20％，硅是制作太阳电池阵的原材料。其他元素的比例是，铅6％～8％、镁3％～7％、铁5％～11.3％、钙8％～10.3％、钛5％～6％，钠、钾、锰含量占千分之几，锆、钡、钪、铌含量为万分之几。科学家们把月球土壤样品加热到2000℃，发现有惰性气体从月壤中逸出，其中有氦、氩、氖、氙等放射性粒子。月球上还富含地球上少有的能源氦3，它是核聚变反应堆的理想燃料。从月球岩石标本上还发现有一层很薄的无锈铁薄膜。起初科学家们推测，假如让这种铁处在地球条件下，定会立即氧化锈蚀，然而，经过试验的结果，这种铁不会被氧化，是通常所说的“纯铁”。纯铁对人类非常有用。据估计，在发达国家里，每年因金属腐蚀损失大约占国民经济收入的1／10。如果能在月球上生产纯铁，运回地球上使用，不仅填补了一项空白，而且会获得很大的经济效益，无疑是对人类的一大贡献。

开采月球的天然矿藏是十分有吸引力的，在月球基地上将材料加工成最终产品，供空间和地面使用，预计是一项高效益的产业，其前景非常诱人。

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出路有二：一是太阳能，二是核能。月球取样标本化验和分析、氦3的发现，给月球研究和探测工作注入了新的兴奋剂，尤其受到了能源专家的重视。但是，月球氦3的形成和分布特征、贮量和应用，仍是月球科学研究中亟待解决的问题，只有通过大量的探测和重返月球野外实地考察，才能获得较为满意的回答。

月球的表面土壤，由岩石碎屑、粉末、角砾岩、玻璃珠组成，结构松散且相当软。月海区的土壤一般厚4～5米，高地的土壤较厚，但也不过10米左右。月球土壤的粒度变化范围很宽，大的几厘米，小的只有1毫米或数10微米，这些细土一般称为月尘。月球土壤中大部分是细小的角砾岩及玻璃珠，约占70％，小颗粒状玄武岩及辉长岩约占13％。惰性气体在月球玄武岩和高地角砾岩中含量极低，大气中就更低，几乎为零。然而，月壤和角砾岩中亲气元素则相当丰富。这是由于太阳风的注入，太阳风实际上是太阳不断向外喷射出稳定的粒子流。1965年“维那”3号火箭对太阳风的化学组成进行了直接测定，结果表明，太阳风粒子主要由氢离子组成，其次是氦离子。由于外来物体对月球表面撞击，使月壤物质混合，在深达数十米范围内存在这些亲气元素。太阳离子注入物体暴露表面的深度，通常小于0.2微米。因此，这些元素在月壤最细颗粒中含量最高，大部分注入气体的粒子堆积粘合成月壤角砾岩或粘聚在玻璃珠的内部。

研究表明，月壤中氦的含量为1～63／107，氦3的含量为0.4～15／1010。氦大部分集中在小于50微米的富含钛铁矿的月壤中，估计整个月球可提供715000吨氦3。人们为什么对氦3感兴趣？因为氦3是未来核聚变燃料的最佳选择。用氘和氦3聚变生成氦，这种聚变反应是安全、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资源只能维持一个500兆瓦规模发电厂数月的用量，而月壤中氦3所能产生的电能，相当于1985年美国发电量的4万倍。考虑到月壤的开采、排气、同位素分离和运回地球的成本，氦3能源偿还比估计可达250。这个偿还比和铀235生产核燃料(偿还比约20)及地球上煤矿开采(偿还比约16)相比，是相当有利的。此外，从月壤中提取1吨氦3，还可以得到约6300吨的氢、70吨的氮和1600吨碳。这些副产品对维持月球永久基地来说，也是必需的。

此外，还可在月球上建立核能源基地，将电能传输到静止轨道上的中继卫星，再传送到位于地球的接收站，然后再分配到各个地区，供用户使用。仅月球氦3资源的开发利用这一点，就不难理解重返月球的深远意义。

科学家很早就开始了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，再电解成氧和氢，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，最初是为给月面上的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”，却都成了上等的副产品。这是因为它含有丰富的游离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。科学家经过反复试验与研究，提出了一套炼铝的新工艺。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化物。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，经过电解，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。通常的玻璃由71％～73％的氧化硅，12％～14％的硫酸钠，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氧化硅为主。其精制方法较为简单，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℃的温度下熔化，然后经过压延冷却，即可制成月球玻璃。

最令人振奋的是，1998年1月6日发射上天的美国“月球勘探者”发回的数据表明，在月球的两极存在10亿~100亿吨水冰。由于月球表面的大气压不到地球大气压的一万亿分之一，在月球上阳光照射到的地方，月面的温度可以达到130℃～150℃，这对于沸点远低于100℃的月球液态水来说，很容易沸腾蒸发。而且月球的质量小、引力薄弱，无力束缚住水蒸气，致使气态水在月球逃逸殆尽，不留踪迹。

但是，月球的两极非常特殊。例如，月球的南极有一个直径2500千米、深13千米的艾物肯盆地，该盆地被认为是陨星坠落月面所致，里面黑暗幽深，终日不见阳光，温度始终保持在-150℃以下，因而成为固态的水——冰的藏身之地。

那么，月球上的水是从哪儿来的呢?科学家们认为，月球经常受到彗星的撞击，而彗星的含水量约为30％～80％，彗尾中水蒸气的含水量高达90％。这些外来的水分在月面受到阳光照射而蒸发，而一部分水蒸气在月球两极那些温度极低的盆地底部凝结起来。所以，这些冰不是集中在一起的，而是与尘土混合的冰渣。

水是由氢氧两种元素组成的，今后，人类在月球上建立基地所需要的水和氧气，就无需依靠地球供给，可以在月球就地采用。在月球基地开采月球的自然资源，把原料加工成空间使用的最终产品，是极其诱人的事业。

其次，月球上的引力只是地球引力的1／6，月球上的逃逸速度只及地球的1／5。所以，月球的低重力，无大气的环境，十分有利于航天器的发射。在月球上建立组装、维修、补给的人类航天基地，将成为人类飞往其他星球的中转站。月球航天基地会使星际飞行的难度和费用大大降低，人类进入宇宙的深度和广度将大大增加。

再次，月球没有大气包围，声波无法传递，在月球背面没有来自地球的无线电干扰。所以月球的这种无大气干扰、无声波和电波干扰的极其寂静的环境，是一个非常理想的稳定的科学实验平台。当然，月球的低重力、真空无菌的环境又是材料科学和医药学的研究和生产的理想场所。

将来，随着科学技术的进步，月——地旅行将会更加安全、舒适和低成本。那么，到月球旅游和移民就会成为现实。月球将是人类开发的“第六大洲”。