重返月球
作者：王星（文 / 王星）
到月球去干什么
20世纪临近尾声之际，英国《每日邮报》的科技栏目撰稿人亚德里安·贝里(Adrian Berry)出版了他的新作《未来500年(The Next 500 Years)》。书中有这样一段话：“人人都想上月球。问题在于到月球上干什么。21世纪最大的乐趣之一可能会是到月球上的饭店里调情，然后再回味期间的感受。当然，还有很多别的理由让我们去月球、火星和各种小行星。比如说：钱。那时会有大批公司企业涌入太阳系的各个角落，去寻找数量多得难以置信的财富。”
这一切的前提也许是首先建一个基地。2001年4月，美国休斯顿月球与行星学院的保尔·斯普迪斯(Paul Spudis)在剑桥国家天文学会议上郑重宣布：人类将在2007年重返月球，并在月球建立可容纳4名常职宇航员的永久基地。斯普迪斯还表示，NASA与欧洲航天局将在该项目中起主导作用。事实上，月球基地项目在技术上早已可行，随后6年里需要等待的只是政府与投资方的支持。20世纪60年代与70年代间的“阿波罗”登月计划曾耗资250亿美元，月球基地项目需要的资金预计将比“阿波罗”计划少花费50亿美元，这一数目只有国际空间站的建造费用的一半。
月球基地当然首先会用于科学目的。建成后，基地内将架设高倍天文望远镜，利用月球上大气与云层稀薄的有利条件对宇宙进行更精细的观测。除此以外，月球基地还能为未来将宇航员送上火星的计划提供理想的技术实验场地。月球的极地附近显然是建造月球基地的最理想地点。如果选址在月球赤道地区、面向地球，由于月球上一个月分为“白昼期”与“黑夜期”各14天，“黑夜期”期间的基地能源储备将成为问题；如果把基地选址在月球背向地球的一面，那里的天文观测条件固然很理想，但除能源短缺外，与地球的通讯障碍将成为另一个难以解决的问题。月球基地的位置初步选定在临近月球“南极点”的Shackleton火山口边。火山口周围的冰沉积层可以作为未来氧气与水的开采矿源，这里稳定的气候条件(常年零下摄氏50度)与较长的日照时间也便于太阳能资源的利用。
计划中的月球基地
建造月球基地是一个庞杂的项目，即便是一个无人基地也需要历经数年才能完工。基地地址选定后，部分机器人与原材料必须首先被送往月球。为建造一个适合人类居住的月球基地，必须由航天飞机在地月之间至少往返30次、HIIA火箭至少升空90次才能把足够的材料运到月球。本次公布的月球基地的建造计划是：到达基地选址的第一组4名宇航员将在月球停留45天，建造一个埋在月球表面以下、可以防止太阳辐射的居住舱。居住舱是月球基地的基础，在后继的项目中再建造其他舱室与实验设备，逐步扩大月球基地的规模。
对于对宇宙探索抱有信念与梦想的美国人来说，1972年最后一名“阿波罗”计划的宇航员从月球回来后是一段漫长而沮丧的等待时期。在这段时间里，NASA财政亏损，预算减少，建立宇宙基地的计划被取消。当从近地轨道出发的载人航行项目被无限期推迟后，有关下一步先去火星还是先去月球的讨论便在一片郁闷中诞生了。
“月球上有冰”的发现显然为月球拉到了决定性选票。1995年起，美国“克莱门廷”月球轨道探测器开始不断发回月球上可能有冰的消息，这也许是唤起“重返月球”的愿望的一根重要导火索，但对于大多数国家的航天机构来说，有关“重返月球”的研究工作的开始时间远早于此。1994年6月，来自各航天机构、科研院所与企业的140名代表在瑞士Beatenberg召开会议探讨未来国际合作月球探索的发展方向。他们的结论性报告就是著名的《Beatenberg宣言》，宣言中总结了有关月球探索的当前与未来的国际合作计划。
月球基地构建之一：用火箭将制氧设备等货箱投放上去
组建月球居住舱的零件分别由无人航天器从地球运至月球
地球遥控使月球居住舱各部件组合
加压月球车、后勤舱和储藏舱构成月球生活空间
一年以后，用以协调月球合作探索项目的国际月球探索工作组(ILEWG)在德国汉堡的一次会议后成立。工作组的成员包括了几乎来自世界各大航天机构的代表。自1995年开始，一系列月球探索新计划出台，这些计划最终指向的目标就是在月球上建立永久基地。2001年3月5日，月球探测器发回的报告确认了月球极地有冰层存在。假如可以从月球土壤或风化层中提取出水，建立人类在月球上的永久基地的费用将大大降低。更好的消息是，据NASA估算，利用水为航天器提供能源将把地月穿梭的费用降低10倍，把由月球前往火星的预期费用降低一半。
“阿波罗”计划为人类勾勒出一个贫瘠荒凉的月球，月球探测器的发现则把月球的冻土层变成太阳系中最有价值的不动产。致力于宇宙探索的人尤其相信：“只要有足够的水，人类可以到达任何地方。”水的价值不只在于它本身是生命之源，还在于它可以被分解为氢气与氧气，提供人类呼吸用的空气或被重新聚合提供热能与电力。
水、氧气和宇航员的家
从地球向宇宙运水是一项耗资巨大的工程。目前把一磅原材料送出地球轨道的费用约为一万美元。NASA正在组织研究，准备把这一数字降低10倍，即1000美元。如果是为永久性宇宙基地供水(即便采用再循环技术)，其间需要的费用将以百万兆美元计。
按照NASA的计算，一片足球场大小的冻土层就可以为6名宇航员提供足够饮用水与生活用水，在一年内提供一亿瓦电能或提供足够的推进燃料供两名宇航员从月球回到地球。
尽管一些科学家提出：与从月球土壤中提取相比，从地球上运水还是较为便宜的做法。NASA仍坚持自己的选择。根据Los Alamos国家实验室的威廉·费尔德曼(William Feldman)的介绍：利用类似蒸馏的办法加热密闭容器中的土壤就可以获得水，加热需要的能源可以从安装在火山口顶部的太阳能电池或核动力装置中获得。
月球探测器的计划自阿波罗登月之后就开始酝酿
目前NASA设想的为宇航员在月球上提供氧气与住处的流程是：1.由俄罗斯Energia火箭将装有制氧设备的“货箱”投放到月球表面上。除设备本身配备的减震装置外，月球表面只相当于地球表面1/6的重力也可以确保制氧设备安全着陆。2.制氧设备由地球上的工作人员遥控启动，在地球上遥控的其他月球地面设备开始采集水源并送入制氧设备的贮藏罐。3.组建月球居住舱的零件分别由无人航天器从地球运至月球，由地球方面的遥控使它们聚集在一起。此时有加压装置月球车将担负建造与探测的双重任务。4.宇航员由空间站或直接从地球来到月球。宇航员乘坐的飞行器配有推进器，使他们可以直接从月球基地出发并在返回地球后安全降落。5.登陆设备将4名宇航员带到月球表面。登陆设备不需要带很多燃料，因为在月球上它的设计动力是氧气。6.宇航员进入组建好的居住舱。加压月球车、后勤舱与储藏舱构成了宇航员在月球停留期间的主要工作与生活环境。7.宇航员用在月球上制造的氧气把飞行器推进器的燃料舱重新注满，从月球起飞返回地球。
有了新的经济保障后，宇宙科学家已经在重新考虑未来的项目与计划。“阿波罗”计划提供了有关月球及其风化层的大量数据，在航天飞机与“和平号”空间站上进行的实验也提供了在宇宙生活与工作的经验。尽管NASA最风光的成就都来自诸如“火星探路者”一类的无人探测器，但NASA对未来载人飞行的研究从未中止过。举例来说，休斯顿约翰逊航天中心的行星项目组与材料分部已经研究出了从月球岩石中提取供推进器用作燃料的氧气，并且试验成功了把残渣制成透明砖头、用于月球基地建造的技术。为了测试这套系统，研究人员参照“阿波罗”计划的宇航员带回来的月球岩石样本，利用地球上的岩石仿造了大量月球土壤。同一批样本也分发给了研究月球车、宇航服、测试月球尘埃对望远镜镜面的影响以及测算月球土壤的承重能力的研究人员。
另一些NASA的研究人员正忙于生命支持系统的改进工作。在未来的月球基地或前往火星的途中，从地球携带所有必需的食品、水与空气是不可能的。名为“受控生态生命支持系统(CELSS)”的诞生解决了这个问题。该系统通过仔细筛选出的植物与微生物制造食品、净化水源并利用太空舱居住者呼出的二氧化碳制造氧气。
月球探测器的计划自阿波罗登月之后就开始酝酿
探测器仍集中月球
建造月球基地的前期准备工作还包括发射更多的探测器。以下就是目前已经确定将进行的项目。
LEDA 欧洲航天局的“欧洲月球论证性接触(LEDA)”将于2002年开始进行。其时，“阿里亚娜五号”火箭将把一个探测车送至近月轨道。探测车在月球表面软着陆。车上安装有可以收集样本的机械臂、钻头、泥土测试设备和其他装置。对据信有水存在的月球南极地区的实地探测工作也在此计划范围内。
LUNAR-A LUNAR-A是日本预计向月球发射的第一个探测器。LUNARA可以拍摄月球表面的照片，并布设三枚用于深入月球地层的“渗透器”。“渗透器”里配备的地震仪可以在未来一年中检测“月震”的活动情况，既而利用这些数据绘制出月球内部的3D结构图。LUNAR-A的发射日期原定于1999年1月，但其中一枚“渗透器”发生的电池泄露事件暴露出这一设备还需要进一步的测试。LUNAR-A的发射由此推迟至1999年夏天。此后不久，与“渗透器”有关的另一次事故使LUNAR-A的发射被进一步推迟到2002年。由于发射日期的改变，LUNAR-A真正升空后将在月球阴影里比原先多停留一小时，由此造成的额外电池消耗使航天器无法带足原先设想的三枚“渗透器”。作为结果，对月球内部的3D造影计划将不得不取消。
LOOM 月球轨道观测计划(LOOM)在日本的讨论始自20世纪80年代中期。目前确定的发射日期是2002年。它的使命是用一到两年时间为月球表面拍摄全景照片并绘制地图。观测器上计划配备的器材包括：一台用于绘制地形图、矿藏图与地表风化程度图的UV-VIS-NIR立体光谱仪，一台用于绘制地形图的激光测高仪，一台用于分析样本成分的X射线分光计，一架用于辐射计量的离子望远镜，以及一台用于统计陨石数量的尘埃收集器。观测器还将向月球表面投放一辆观测车，进一步验证在月球着陆的可行性。
MORO 欧洲航天局的月球轨道观测计划(MORO)将用于补充“阿波罗”计划与1994年升空的“克莱门廷”探测器收集到的数据。它将使用遥感的方式对月球表面进行测量并绘制月球的地形图与重力分布图。各项实验设备的研制与整合工作预计将于2002年至2003年间完成。
与这些严肃的科学努力相比，贝里的预言更像一个笑话。但和贝里有类似想法的人很多：有关是否应该利用月球资源以及月球资源商业化的讨论已经开始，关心月球环保的组织甚至也在酝酿成立。《新科学家》杂志纪念人类登月30周年的特辑里有一篇名为《纯真年代》的文章。作者在文章里感慨：“30年前我会在阿姆斯特朗宣布那一大步后跟着欢呼，如今我只会想：‘但愿那些宇航员没有在月球上乱丢垃圾，至少他们也应该把垃圾整理成整齐的一堆。’”在这种情况下，我们甚至可以预料有人会在2007年的那个时刻重新搬出《新科学家》杂志1969年7月17日的社论：“静静地坐着凝视高空中最匪夷所思的空中飞人表演是世界上最美妙的事。但假如美国政府能够把用在阿波罗计划上的所有金钱与努力都用于对贫困国家的建设扶助，这种史无前例的道义表示也许会比空中飞人表演给人留下更深刻的影响。”
(图片均为本刊资料)
克莱门廷探测器发回的月球南极的照片