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仅考虑自然环境因素 在月球上建立基地要面临哪些挑战?

2024-07-17科学

随着地球地缘政治博弈的白热化,中美俄之间的太空竞争正变得愈演愈烈。中国和俄罗斯已经在月球建立基地的问题上达成了全面合作的共识,而美国共和党党纲已经将发展太空技术列入2024年总统大选的最重要国家经济政策,美国国家政策的转向加上马斯克现在已经全面倒向共和党,使得美国的实力仍然不容小觑。

然而即便各国的太空计划雄心勃勃,在探索月球和在月球建立基地的计划仍然面临着严峻挑战,光是一些月球上的自然环境因素就足以挑战目前人类工程技术的极限:

1、真空环境

月球没有大气层,因此月球上不存在有风的问题,因此在月球上修建建筑不需要考虑风荷载的问题,这一点有利于结构设计。但是由于月球上是真空状态,月球基地的密闭性将受到考验,同时如何长时间维持一个大规模空间的压力对能源系统也是一个巨大的挑战。

2、微重力

月球重力仅有地球的六分之一,这使得建筑物的自重荷载会降低,严重影响建筑物的稳定性。如果仍然采用钢筋混凝土结构,又不得不考虑 施工过程中的振捣密实程度和水泥的水化速率,这些因素都会导致月球建筑物无法修建 太高,使得基地空间受到影响。

3、辐射

月球磁场十分的微弱,使得宇宙辐射可以轻易地攻击到月球表面。因此月球每年的辐射量可以高达 300 mSv,而宇航员能够承受的极限是 50 mSv,不管是基地内的人员还是精密仪器设备都将备受考验,如何增强对辐射的防护是能否长期驻扎的关键。

4、极端温差

月球的昼夜温差极大,在阳光直射的地区最高温度可以达到恐怖的127℃,而在阴影区域最低可以降到-173℃。如此恐怖的温差会对 结构材料造成热应力,降低材料的耐久性。

5、微陨石

月球表面存在大量的微陨石,或者可以称其为 「月球尘埃」或「月球微粒」。这些微陨石的直径可能只有几毫米甚至是几微米,绝大部分难以用肉眼察觉,然而数量庞大, 每平方米可能达到数万颗之多。这些 微陨石平时在月球表面高速运动,可能对月球基地结构、人体和仪器造成严重破坏。

6、月震

前面已经提到因为低重力原因月球建筑物的自重荷载将会降低,而月震将针对这一弱点构成更大的威胁。月球每年平均发生约500次月震,最大震级可达里氏5~6级。因此,月球基地需要具备抗震措施和进行结构验算,以确保在月震发生时的安全性。

7、月尘腐蚀性

月壤风化层颗粒粒径小于100μm,月尘吸附在建筑表面会造成破坏。因此,月球基地需要采取防尘和除尘措施。

8. 月尘带电性

月尘具有带电性,电荷可能来自化学键断裂或太阳风。带电粒子容易悬浮,且悬浮性质随昼夜交替而改变。在太阳高能粒子活动期间,负电荷可达到103V,因此需要采取防静电措施。