2024年3月10日发(作者：barely)

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美国“重返月球”政策的预期分析论月球基地的条件与选址

xpectation Analysis of America's "Return to the Moon" Policy ite Selection of the Lunar Base

论月球基地的条件与选址

+

刘进军（航天建筑设计研究院） 郭建成 蒋峥

月球基地建设是一个庞大而先进的系统

工程。

月球基地建设必须全面了解月球的起

源、结构、宇宙射线、磁场、亮度、重力、

地理、地貌、地质、气候、温度、水源、环

境、月壤结构、月壤特性、月球矿藏、月壤

气体、元素含量和分布、月球地热资源、科

学技术、人体工程学等 。

这些将为规划、设计和建设月球基地提

供科学依据和最佳方案。

他富氢聚合物，而不是铝来建造。水也有助

于屏蔽宇宙射线。

2.撞击坑

月球表面的一大地质特征是密布的撞击

坑，又称“陨石坑”，它们是小行星、彗星

与月球表面碰撞而形成的。撞击会形成高出

月面的环形山。据估计，在月球正面就有大

约30万个直径超过1千米的陨石坑。

这些陨石坑的结构特点是多个隆起环形

山，直径在几千米、几百千米到几千千米之

间。由于缺乏大气、天气和地质作用，许多

月球环境

1.宇宙射线

宇宙射线是高能质子和原子核。它们或

源于太阳，或来自太阳系之外的星系，以及

更遥远的星系，几乎以光速穿越太空。

宇宙射线的来源包括：超新星、活动

星系核、类星体和伽马射线爆发。太阳发射

的高能粒子，主要是质子，发生在太阳爆发

时。宇宙射线的原子核约90%是氢（质子），

9%是氦（α粒子），重元素只占1%。

在地球磁场和大气层保护下，地球较少

受到宇宙射线的辐射和破坏。

宇宙射线会对电子通信设备，航天器和

生命造成破坏，直接损害DNA，以及细胞和

组织的生物化学变化。伽马射线轰击可能会

导致癌症、基因突变、白内障，认知和记忆

改变，中枢神经系统、循环系统疾病等，严

重威胁宇航员的健康。

地球磁层、大气层、屏蔽材料、厚实的

泥土可以有效地抵御宇宙射线。航天器可以

用富含氢的塑料，以及聚乙烯或聚乙烯等其

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《卫星与网络》2021年11月

月球地貌：陨石坑

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陨石坑保存完好。在陨石坑里，蕴藏着大量

的水冰。这为建设月球基地和人类生活提供

了条件。

3.风化层

月壳表面覆盖着一层高度粉碎的表面

层，称为风化层。这是由撞击过程形成的，

大块的基岩破碎成越来越小的颗粒。风化层

分为：表土、较老表土和巨表土。表土很

细，富含二氧化硅，具有类似于雪的质地和

类似于废火药的气味。较老的表土通常比较

新、比较厚：在高地地区，厚度为10千米～20

千米；在平原地区，厚度为3～5千米。在细碎

的表土层下面是巨表土，是许多上千米厚的

高度断裂的基岩层。

4.月球水

月球上的水主要来自撞击月球的彗星。

液态水在月球表面不能持久存在。当暴露在

太阳辐射下时，水通过一种称为光解的过程

迅速分解，并消失在太空中。

自1960年代以来，美国通过登月和分析月

球标本认为：月球干燥无水。科学家们一直

假设：月球应该有水冰。水冰可能是彗星撞

击月球而沉积的，也可能是由富含氧气的月

球岩石和太阳风中的氢反应而产生的。在月

球两极留有水的痕迹，水冰存在于寒冷、永

久阴影的陨石坑中。

2008年11月14日，印度“月船-1”号的

撞击器坠入沙克尔顿陨石坑，首次发现和确

认存在水冰。2009年9月24日，“月船-1”号

上的月球矿物学制图仪探测到月球表面2.8-

3.0μm的吸收特征，发现月球土壤中含有

0.1%的水（按重量计），推翻了40年来月球

干燥无水的假设。“月船-1”号探测到水蒸

气，发现水蒸气随纬度变化，最高温度约为

60℃～70℃；可能是由于风化层中的水冰升华

而产生的。2010年3月，“月船-1”号上的合

成孔径雷达发现：月球北极存在大量的冰。

据估计，北极至少有6亿吨冰，由几米厚的相

对纯净的冰层组成。

2018年8月，美国航宇局确认：月球两极

表面存在水冰。2020年10月26日，美国宇航局

确认：月球阳光照射的表面也存在水。2020年

10月，天文学家报告，根据红外天文平流层天

文台（SOFIA）探测：在月球太阳光下探测到

水分子，估计丰度约为100 ppm～400 ppm，分

布在小纬度范围内，而不是全球性的现象。

美国“月球勘测轨道器”的数据表明：

月球极地的巨大而永久的阴影区域外，还有

许多未探测的冷阱，大大增加了冰可能积聚

的区域，总面积约为4万平方千米，其中约

60%位于南部。由于永久阴影，大部分水冰冷

阱位于纬度>80°处。

近些年，各国探测器均证实：月球上确

实分布和存在水。在月球两极寒冷、永久遮

蔽的陨石坑中发现了水冰。水分子也存在于

极薄的月球大气中。计算机模拟表明：31059

平方千米的月表处于永久阴影中，富含水

冰。月球上的水将为未来登陆、移民月球的

人们提供生活、工程用水，也可被分解为氢

和氧，为火箭提供燃料。

5.月球的磁场

40亿年前，月球的磁场强度很可能接近

今天的地球磁场强度。这个早期的月球磁场

大约于10亿年前，在月球核心完全凝固之后，

慢慢消失。现在，月球磁场只有地球磁场的

十万分之一。

这些图像显示了月球背面的一个非常年轻的陨石坑。这是印度“月船-1”号月球矿

物学制图仪拍摄的水源。

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6.月球的重力

月球表面的重力加速度约为1.625米/秒

2

，

约为地球表面的16.6%或0.166ɡ。在整个月球

表面，重力加速度的变化约为0.0253米/秒

2

，

重力加速度的1.6%。由于重量直接取决于重力

加速度，月球上的物体重量仅为在地球上重

量的16.6%，约为六分之一。

月球重力不仅关系到航天器的起降、人

类的生活和居住，也关系到建设月球基地。

在月球上起降航天器、建筑房屋、建设基

地，比在地球上要轻松很多。

7.大气层

过去，月球拥有较厚的大气。2017年10

月，美国宇航局位于休斯顿的马歇尔太空飞

行中心和月球与行星研究所的科学家宣布：

根据“阿波罗”任务检索到的月球岩浆样本

研究发现，在30亿～40亿年前的7000万年时间

里，月球曾经拥有相对较厚的大气层。这种

大气来源于月球火山喷发喷出的气体，厚度

是现今火星的两倍。古老的月球大气层最终

被太阳风剥离，并消散到太空中。

现在月球的大气层非常稀薄，几乎是真

空，总质量不到10吨。这个小质量的表面压力

，大约0.3帕斯卡

大约为3×10

15

标准大气（atm）

（nPa）。它随月球日而变化，包括逸出和溅射。

这是太阳风离子轰击月球土壤的产物。

月球已检测到的元素包括溅射产生的钠

和钾；太阳风产生的氦-4和氖；以及氩-40、

氡-222和钋-210。由于月壳和月幔中的放

射性衰变而产生的气体逸出，不知道风化层

中是否存在氧、氮、碳、氢和镁等中性物质

（原子或分子）。

印度“月船-1”号探测到水蒸气和气

体。这些气体要么由于月球的引力而返回风

化层，要么由于太阳辐射压力而消失在太空

中，或者如果它们被电离，则被太阳风的磁

场卷走。

月球大气每立方厘米的总原子数约为

80000个，略高于假定存在于水星大气中的原

子数，而这大大超过了太阳风的密度。太阳

风的密度通常只有每立方厘米几个质子，与

地球大气层相比，它实际上是一个真空。月

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《卫星与网络》2021年11月

美国“圣杯”号探测器测绘的月球重力图。

月球表面的径向重力异常（加速度）

月球表面的重力加速度，单位为米/秒

2

。左边是月球正面，右边是月球背面。

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球也可能有一个由静电悬浮尘埃组成的稀薄

的“大气层”。

目前，人类已知存在于月球大气中的元

素在白天的平均丰度，如表1所示，单位为每

立方厘米原子数。

8.温度

月球，冰火两重天。因为月球上没有大气

层，真空环境，再加上月面物质的热容量和导

热率又很低，所以月球表面昼夜的温差很大。

在赤道地区，白天，在阳光照射的地方温度最

高116℃；夜晚，温度可降低到-173℃。普通的

温度计在这里根本无法使用。

那些“永恒黑暗的陨石坑”非常寒冷。

“月球勘测”轨道器测量到南极陨石坑的夏

季最低温度为-238℃；接近北极的埃尔米特

陨石坑的冬至，温度仅为-247℃。这是探测

器测量到的太阳系中最冷的温度，甚至比冥

王星的表面还要冷。据报道，月球表面不同

区域的温度有很大差异。这取决于它们是在

阳光下，还是在阴影下。

9.季节

月球相对于黄道的轴向倾斜仅为

1.5424°，远小于地球的23.44°。正因为如

此，月球的太阳光照随季节的变化要小得

多。地形的变化在季节性影响中起着至关重

要的作用。

从“克莱门廷”探测器1994年拍摄的图

像来看：月球北极皮尔里陨石坑边缘的4个山

区似乎在整个月球日都保持着光照，创造永

恒之光的顶峰。南极不存在这样的地区。同

样，在许多极地陨石坑的底部，也有一些地

方仍然处于永久的阴影中。

月球自西向东逆时针方向自转，自转周

期27.32天，公转周期也大约为27.32天。由于

月球的自转周期与公转周期相同，所以看不

见月球背面。由于月球自转周期27天多，所

以从地球上看14天左右是白天，14天左右是夜

晚。

10.太阳能

太阳能是未来建设月球基地的可用能

11.优越性

大气成分

（每立方厘米

原子总数）

大气表面压力

氩

氦

氖

纳

钾

氢

氡

表1