嫦娥八号将上月球建基地?不能种菜但能挖矿呀! | 科技袁人

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导读

中国能在月球轨道上建立空间站吗？运营空间站的钱主要花在哪儿了？航天飞机项目为什么停了？月球可以建核电站吗？在月球上如何制造氧气？我们能利用月球上的资源做什么？美国深空门户太空站有什么作用？月球能成为行星探测的中转站吗？中国会建立自己的月球基地吗？

本文为嫦娥五号发射直播系列之四，

系列之一、二、三见



《推迟发射三年，嫦娥五号究竟经历了什么？| 科技袁人》
《中国取回的月壤会和哪些国家分享？美国表示，已在线等 ｜ 科技袁人》《美国50年前就能载人登月，中国为什么现在还不行？| 科技袁人》

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西瓜视频：https://www.ixigua.com/6907438153951347203本视频发布于2020年12月18日，播放量已超六百万



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袁岚峰：我们现在能在月球轨道上建立空间站吗？回答其实是可以，这就是美国的计划——月球之门嘛。他就是打算环绕月球建一个空间站，而且这个空间站它会有好多可能，它可以用来送人去月球做个中转站，比方说，你要送人去月球呢，它实际上是通过两步中转，先到一个地球的空间站去中转，然后再到一个环绕月球的空间站，然后最后再去登陆月球，然后再这样一步步地回来。所以这个东西是非常有用的，不管是作为科研还是作为旅游这个东西都是肯定要建的，这是我们下一步围绕月球要建的一个大工程。 最后一个问题是说运营空间站这个钱主要是费在哪儿了？成本主要花在什么地方？ 吴京平：维持它不掉下来就够费劲的。 袁：空间站不是在环绕地球吗！它本来就不会掉下来啊。
吴：是啊，但是它会有空气的摩擦、还要维持零件不老化。最近不是，国际空间站不是最近一直在漏气嘛，现在堵上没有我就不清楚。
袁：又在漏气了？！ 周炳红：是这样的，这个国际空间站它每天都会掉个10米左右还是几十米，每天都会掉个10米左右。它会，也就是确实那里其实是有很稀薄的大气，在这个阻力作用下，它是慢慢会往下掉。


袁：所以它还是在卡门线之下了，是吧？ 周：它是在卡门线之上，但是又特别稀薄，它在400公里左右，空间站一般都在400公里左右。它每天会掉个几米，10米左右。 袁：那怎么办？我们就要定期地上去修正一下吗？ 吴：时不时火箭推两下。 周：对，他要发射火箭去补加推进剂，然后把它抬升起来，这是一个要耗推进剂的地方；还有一个就是有时候它要躲避空间碎片的撞击，它要调整它的轨道，有时候要上去一下，有时候要下来一点都要耗费推进剂；另外就是它的很多零部件都会老化，这个是肯定的。 袁：说到这个零部件老化，今天我看到一篇文章是我的师弟石豪写的。（为了这一天，全人类等了44年 | 石豪）石豪写了一篇嫦娥五号的这个文章，他说嫦娥五号本来应该在2017年发结果推迟到2020年，也就是说探测器已经储存了3年了，然后你要保证在这3年当中它这个器件没有变形、没有老化，然后发出来还能用，实际上对我们的储存技术也是一个重大的考验。就是如果我们能够通过一关的话，对于以后的这些项目都是非常有帮助的。 周：对，等于航天器可以延寿，等于是延寿技术，就是经过验证，这样就非常好。 袁：大家可能不会想到你把这个东西不发射，在地上放着它也会老化。要说这方面最著名的，或者说最悲剧的应该是韦伯望远镜了。不知道已经放了多长时间了，现在发射还是遥遥无期呢！


吴：你就会发现在地上放着它也是费钱的。 袁：是，所以这玩意儿它会变成一个无底洞，你都不知道该怎么处理它了。 周：明年要发射韦伯望远镜，韦伯望远镜好像明年要发射了，用欧洲的火箭发射。 袁：希望他这个发射终于能够成功吧，不知道延期多少次了。 吴：你就会发现航天领域这一动都是钱，哪怕不动它都是钱。 袁：是！没有想到，一旦你上马了这个项目…… 吴：就没有不超支的。所以马斯克很重要，他能挣啊，这个就不容易了！ 袁：还有问航天飞机这个项目为什么停了？用航天飞机去月球会不会更方便？我们现在能不能再重新上马来复制一个航天飞机啊？ 吴：航天飞机好像太贵了，贵到离谱。所以…… 袁：当初的航天飞机也没有考虑去月球，这是为什么？ 吴：当初航天飞机就是个大卡车嘛，就是一个皮卡，就是前面坐人后面拉货，然后就是把各种各样的货物拉到轨道上，然后拼起来。它就是一个，按理说是个任劳任怨的这种卡车性质的东西。没想到它最后那么骄气、那么贵。因为它是要从轨道上返回地球，这个就比从一级火箭没进入轨道返回地球要费劲多了。


周：而且有一点，航天飞机它是人货混装，这个效率就很低了。当时是希望这个航天飞机每年发射100次，而且人也是用它装，那个高轨卫星也是用它来发。结果发现什么呢？第一个因为你装货的那个东西，你的系统的可靠性要求是没有那么高的，结果你用一个装人的航天飞机来运，成本就特别高；而且他为了发射这个地球静止轨道卫星他的航天飞机又去不了那里，他还得在那个航天飞机里面再加两级火箭，加一个我们叫上面级的火箭。这样整个系统就搞得特别复杂，结果后来他就是这种用航天飞机运货，没运两次结果就停了。


所以他们这个，他们的立项过程我觉得他们的科学性其实经常也是就是不严谨的。他们科学项目，特别重大项目的立项其实也没经过很严格的科学论证。可能是不是跟这次疫情的控制，我觉得都有相似之处。他们一些重大的事情这个论证达成共识的过程其实是很漫长。而且有时候是这个科学的方法我觉得运用甚至我觉得是，我的观察是比我们还很不如，特别是最近。 吴：是这样的，就是说因为当年肯尼迪说我们要登月嘛，然后要钱给钱，要人给人，而且他们养出了一帮技术人员，专挑最难的事情去做，结果养出来这么NASA一个非常庞大的这么一个部门、一个利益集团。这个时候突然说我这个将来不登月了，登月也没啥意思。花了这么多钱然后去拉回几百公斤的岩石、拉回几百公斤土壤，太不划算了。所以他们就把这个项目给停了。


这个时候这一大坨人他怎么养啊？就是说人心散了，队伍不好带啊！他就必须有这种项目去养，必须有航天飞机这种非常高精尖的、难度非常大的项目去养他，然后才能维持整个政府部门。因为政府部门，像美国这种政府部门，他能养的人越多说明他这个部门越牛、话语权越强。所以他们掺杂了大量这样的因素，然后还有养出来的那些国防承包商，一个个开出来的价钱都死贵死贵的，因为全世界就没有可以跟他们竞价的。你说我能造一个航天飞机，还有谁能造吗？天下只有我能做，我这是独一份！我开多少钱你都得给。 袁：后来苏联也能造了. 吴：是啊，俄罗斯后来也能造。那你可能去买俄罗斯的吗？你不可能！所以这种市场它全都是扭曲的，最后NASA逼得没办法说我放条鲶鱼进来，我把马斯克放进来，我看你不降价，真是！ 周：而且另外从技术上，当时宣称它的可靠性要做到99.9%，也就是1000次里面甚至是99.99%，1000次里面只有1次事故。但后来证明他们100多次里面就有2次事故，死了14名宇航员。所以当时有个著名的物理学家叫做费曼，他是参加了第一次的调查。非常有意思，他就说NASA的文化和管理是不足以让他们管理这么复杂的项目，出现了这个技术问题并不能很好地去决策、去发现它里面这个技术故障。也就是说他宣称的这个可靠性99.9%是达不到的，他当时的结论就是这样。所以后面就是被迫下马，也就是第二次死了7名宇航员以后发现再这样下去很麻烦，又贵又不可靠。 袁：月球可以建核电站吗？其实也正是我们前面谈到这个问题。周老师，我们可以去那儿建核电站吗？ 周：最近有一个新闻NASA已经，但是不是美国特别大的媒体报道的，因为是俄罗斯国家转美国一个新闻网的报道。美国正在论证，就是在向企业发表呼吁征集这个方案，准备在月球上建设核电站，这个是真的有这个事。所以美国人，我觉得他们也是一个是确实有很长远的考虑，另外他们也是，我觉得他们在使用月球上他们也在发展一些前瞻性的技术。 袁：我觉得在原理上在月球上肯定可以建核电站，因为它没有任何违反物理原理的地方，剩下的都是技术问题。 下一个又是一个很有意思的专业性的问题：二氧化硅可以制氧气，那为什么不用二氧化碳呢？ 当然对这个回答是一句话，因为月球上没有二氧化碳。在火星上制氧气，你把那个二氧化碳拿来制氧气那是很容易的。 周：我补充一句，就是这次正在路上的美国的毅力号上面就有一个实验载荷，就是用火星上的二氧化碳来制氧气。他们是有个这个载荷，很小的载荷，就是稍微制出一点，来看他们这个整个工作原理能不能跑通，他们是有这个的。 袁：没错，就是上次我们在天问1号发射直播的时候就提到美国发射那个火星探测器毅力号，它里边的创新之一就是它带了制氧气的这么一个装备，它那个制氧气的办法很简单因为火星上有大气的，虽然它那个大气浓度很低只有地球的大气的1%左右，但是它这个大气的主要成分就是二氧化碳，96%的二氧化碳。然后你从二氧化碳中制出氧气不是很容易嘛，带过氧化钠，用化学方法一制就行。但是月球上没有大气啊！这就是问题所在啊！所以我一看吴季老师想的这个办法是用二氧化硅这样的矿石来制氧气，亏他想得出来，但是原理上这确实是可行的，只不过那样消耗的能量就要大得多。因为那个二氧化硅的那个氧气，那个氧它是跟硅结合得非常紧，要把这个键打断那要消耗很多能量，但是毕竟它那个元素在那儿，所以你还是可以制的。但是这件事很可惜的一点就是说，虽然月球离我们比火星的目标要近得多，但是你要在上面制出氧气要困难得多。 如果载人登月以后不困难了，那么我们能够利用月球上的资源做些什么事情？其实我想大家最容易想到的一个最有意思的东西是氦-3，它是核聚变的一种原料。地球上我们现在的核聚变主要是氢聚变，但是因为地球上的氦-3是很少的。实际上你如果有大量的氦-3的话，氦-3发生聚变是比较容易的。所以如果我们真的能够从月球上采很多氦-3回来，那这个对核聚变是非常有意义的，但是问题只是在于月球上采任何东西回来，那成本都是非常高的，就看这个技术什么时候能够进步到能够很便宜地从月球采东西回来。


周：这个在月球科研站上各个国家都会去试验怎么提纯这个氦-3，都会有这些计划。 吴：但是还要分析月球上有没有氦-3的富矿，还是说它只是均匀地分布在整个月球表面，如果很均匀的话那玩意儿就很头疼。 袁：实际上这个地方，地球上有一种元素叫做锗，就是碳硅锗锡铅，就是碳的下面第3个元素。这个锗是一种非常重要的半导体，实际上人类最早制备的晶体管就是用锗做出来的。锗是在硅之前先得到广泛应用的，但是问题在于锗这个东西太分散了。

实际上锗在地壳当中含量也并不是特别低，唯一的问题就是你从来没有一个锗的矿石，我们现在所有获得的锗都是在其他的某个矿里面，然后有那么一点点，你去收集那些其他各种各样的矿然后提炼完了之后好不容易能得到一点点锗，所以最后就使得这个锗的成本远远地高于硅，而这个硅就太多了，随便抓一把沙子就是二氧化硅，所以硅的成本比这个锗要低得多，所以最终硅就远远地甩开了锗，我们现在半导体绝大部分都是硅。所以一个东西它这个富集和不富集实际上区别会非常大的。 然后下面这个NASA计划在2024年在月球轨道上建立深空门户太空站，就是我们前面说的那个月球之门，为人类登陆月球和火星做准备。如果这个东西实现的话它会发挥什么作用？ 其实我们前面也讨论了好多了，它是一个中转站。还有什么作用呢？ 吴：是这样，美国好像国际空间站快要到寿命了吧？能不能延期这玩意儿还不好说。如果真的不搞的话美国也就没有，就是说少了一个太空站吧，拉着十几个国家一起搞的，这玩意儿突然没了，挺不合适的。那下一个太空站放在哪儿呢？美国人可能就不屑于在地球附近再搞一个，那么必须放到月球附近了。 袁：然后下一个问题，月球会成为前往其他星球的中间站吗？回答显然能啊！肯定也是要那么做的，比方说将来我们要载人去火星肯定从月球出发比从地球直接出发要省力得多。周老师对于这个有没有什么展开方案？ 周：月球作为中转站是有可能的，一种是在月球上，刚才说了，可能在月球上原位制作这个火箭燃料，就是把水电解成氢和氧，或者只用其中的一种也能节省很多，作为中转站前往火星这是一种可能。但是也有不同的意见，说这个月球其实你利用它的燃料其实是太过于复杂，也有人主张就是直接去火星，因为月球看起来是有很多资源，但是利用的成本是很高。但是现在这些争论我看都没有具体的科学定量的模型来比较，也是一些猜测，需要进一步地来研究，特别是它的水是不是很容易开发，如果都富集在一块儿…… 对，下一步欧美、中国探测的一个重点也就是探测一个是水冰在哪里，就是在月球的什么位置，是在永久阴影区呢还是在光照区也有。最近不也有一个美国的飞机说去测量就是在太阳照的那一面的地方不是永久阴影区，就是阴影区里面，小的阴影区里面也有水冰，这是一个。第二个就是水冰以什么样的形式存在月球上，是很富集的呢？还是存在于这个土壤上稍微一点点，很稀薄的一点点呢？那你开发成本到时候可能会很高了，总之还要去做实验，要有定量的模型，还要有更多的发现，有定量的模型来评估它的开发的成本，以及将来你要把它制成氢和氧这个成本到底多少。现在还没有人去研究它定量的东西。 袁：周老师刚才说最近发现了月球上有水，那也是不久之前的一条新闻了，但是这个新闻你如果仔细看一下，它是说它发现月球的某些地方有水，但是这个水的含量非常非常低，它比撒哈拉沙漠里面的那个沙子还要干，所以如果以常理来说，这应该叫没水。发现它这个水的浓度大概是撒哈拉沙漠沙子的那个1%，你还是能够探测到一些，而且你都不好说那个玩意儿到底是不是水分子，它可能只是一个水的羟基，然后它可能是以一个化学形式来形成不同化合物。它是说你从这个当中是有可能提炼出水来的，这个可能性存在的。运气最好的话就是希望你直接发现一个水的冰，富集的水、天然的水那是最好，那直接把它融化就变成水了；但如果你运气不好，全是这种比撒哈拉沙漠沙子还要干的，然后你要从中提取水可想而知这个难度会有多高了。 吴：就是说,那只有一种可能,就是说因为彗星基本上就是个脏雪球嘛!它这一下撞下来以后还保住了这一大块冰没有化掉，没有蒸发，而且这么多年都没晒到太阳，这个可能性好像有点低啊。 袁：是。月球它总是有一面对着地球，但是它并不是总是有一面对着太阳，它反正总有地方会被太阳照到，所以你很难想象这个它有的地方总是保持这么冷。 下一个说中国有了自己的空间站会在月球上建立自己的基地吗？实际上这个说的是两件事。一个是说我们从今年开始，或者说明年年初我们就会发射自己的空间站，这个空间站是指的围绕地球的一个空间站。刚才吴老师说到现在国际空间站要退役了，它的正式的退役时间按照计划应该是2024年，但是也很有可能会延寿嘛，再延个几年也不在话下。但是下面有趣的问题是说会不会有商业组织来接管这个空间站，或者商业组织来发射一个商业的空间站，这些事情都还在未定之天，说不定SpaceX它会有兴趣去发个空间站。但是，anyway。

下面这个问题是说中国有了自己的空间站会在月球上建立自己的基地吗？我们啥时候到月球上去建立基地。但是其实周老师一开始也提到，这个就是嫦娥6号、7号、8号，它们一系列，它们下面要干的事情。嫦娥8号我们的目标就是在月球上建基地了。  今天非常感谢我们观众们的提问，我们也非常有趣地回答了观众这么多、各种各样的脑洞大开的问题。然后今天我跟周炳红老师、吴京平老师我们也聊得很开心。最后希望我们的嫦娥五号能够准确地到达月球，然后安全地取样回来。 然后欢迎大家关注我们的帐号——科技袁人袁岚峰；还有吴京平老师的帐号——科技史评话吴京平。最后祝我们国家的航天事业蓬勃发展，祝大家在科学的道路上奋勇前进！
谢谢大家！
再见！

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作者简介：袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。背景简介：视频发布于2020年12月18日《嫦娥八号将上月球建基地？不能种菜但能挖矿呀》（https://www.ixigua.com/6907438153951347203）。责任编辑：陈昕悦