瞄准太空资源开发，面临诸多技术挑战！美国启动月球交通网设计

来源：环球时报

【环球时报特约记者 晨阳】在新一轮登月热潮中，如何开发丰富的月球资源成为各国关注的热点科技话题。据美国《防务新闻》20日报道，以预研“未来科技”而著称的美国国防高级研究计划局（DARPA）与美国航空航天巨头诺斯罗普·格鲁曼公司签署了开发“月球轨道”概念的协议，希望它能“再现19世纪的美国西部大开发热潮”。

确定月球大开发的基础技术

报道称，诺斯罗普·格鲁曼公司在声明中表示：“设想中的月球轨道网络可以在月球表面为商业企业运输人员、物资和资源，为美国和国际合作伙伴的太空经济做出贡献。”该公司的工作重点是确定建立月球交通网络所需的接口、资源，列出可预见成本、技术和后勤保障风险清单。该公司还将提出月球轨道系统的原型，探索使用机器人建设、操作系统的概念方案，包括月表平整和基础准备、轨道放置与路线规划、连接与精加工、检查、维护和维修等。

美国“太空”网站20日称，DARPA希望月球轨道可以为月球带来持续的经济发展，“再现19世纪末美国西部大开发热潮”。报道称，该项目属于DARPA提出的“未来十年月球架构能力研究（LunA-10）”，这项为期七个月的研究不会资助建设或硬件开发，而是旨在确定开发未来月球基础设施的相关技术。DARPA去年12月选定了14家公司，旨在探索到2035年支持未来月球经济的概念性研究，重点领域包括发电、月球采矿和资源利用、导航、移动和物流。入选的公司包括发射提供商、初创公司、国防主承包商和科技公司。DARPA战略技术办公室项目经理迈克尔·纳亚克宣称，“未来10年，月球经济将发生重大转变。为了更快实现目标，LunA-10希望找到能实现多任务月球系统的解决方案——例如同步提供通信和导航的无线发电站。”他补充说，此类工作将加速“政府和商业航天企业可能使用的关键技术，并最终促进月球的经济活力。”

月表修路有多难

按照美国主导的“阿尔忒弥斯”载人登月计划，在第一阶段的“重返月球”实现后，未来将修建月球基地并充分开发月球资源。但正所谓“要想富先修路”，想要在月球大搞资源开采，首先就必须迈过建设月球交通网的难题。

美国《大众机械》网站2023年4月曾介绍说，由于月壤的特殊性，使得修建月球道路非常有必要。据介绍，当年执行“阿波罗”登月计划的美国宇航员曾乘坐月球车在月球表面行驶，但他们很快意识到问题所在。“首先，月壤没有像地球上的沙子或碎石那样被风化，它们就像锯齿状的小刀片，会进入并磨损设备接头和橡胶垫圈，导致车辆快速损坏。其次，由带静电的颗粒构成的月尘不仅会附着在一切物体上，还会被吸入呼吸道，对人体健康而言很危险。”

然而在地球上修建道路的方法，并不能照搬到月球表面。美国宾夕法尼亚州立大学教授斯文·比伦介绍说，目前修建道路要么是直接将土地压实，要么是将水泥、细沙、少量其他化合物与水混合后制造混凝土，要么是把碎石和沥青混合在一起铺在路面上。但问题在于，这些做法在月球上都存在各种难以克服的难题。月壤的特性使其难以被压实，而且这种土路本身就很容易破损，无法作为主要交通道路。而月球的水资源太过珍贵，必须用于维持生命和满足其他需求方面，因此月球上的混凝土必须不含任何水分，而且考虑到从地球运送物资的巨大成本，它还必须满足就地取材的苛刻限制。此外，美国科学家在试验中发现，在月球表面重力极低的情况下，混凝土会形成许多裂缝，因此还需要想办法在设计时加以弥补。至于说沥青路面，在当前太空运输方式没有得到彻底改变的情况下，在经济上是不可能承受的。

磁悬浮柔性轨道受关注

针对在月球表面修建道路的各种技术障碍，美国国家航空航天局（NASA）旗下的喷气推进实验室提出过一种月球轨道方案。美国《宇宙》杂志介绍说，它是基于石墨烯柔性膜的月球悬浮轨道运输系统，由两个必要层和第三个可选层组成。第一层是石墨烯薄膜，能使机械推车利用磁悬浮效应飘浮在轨道上方，第二层是柔性电路层，负责产生电磁推力控制机械推车沿着道路运行；位于底部的太阳能薄膜则是将太阳光转化为电能。这套系统没有运动部件，不需要考虑支架或轮子受到月尘的磨损问题。由于月球重力只有地球的1/6，使得这套磁悬浮系统的效果远好于地球。计算结果显示，它可以让机械推车悬浮在典型月尘飘浮高度的两倍以上，再加上月球表面没有空气，机械推车经过时不会扬起月尘，因此它能在不干扰任何月尘的情况下沿着轨道移动。该设计还考虑到，即便因为其他因素导致月尘掉落在轨道表面，也可以使用专门设计带有毛刷的机械推车进行清除。

报道称，与传统的公路、铁路或索道不同，这套柔性磁悬浮系统可以直接展开铺设到月球表面上，从而避免了大型的现场施工。由于它的重量远小于常规道路设备，相关制造可以在地球完成，再由飞船运送到月球表面。此外，它还可以卷起来并重新铺设，以适应不断变化的月球基地任务要求。

美国开采月球资源引争议

不过“太空”网站也提到，目前关于月球轨道的概念设计处于早期阶段，何时能够实施还是未知数，首先需要等待“阿尔忒弥斯”载人登月计划的第一阶段完成之后才会具体考虑。“阿尔忒弥斯”计划几经推迟后，确定于2026年实施首次载人登月，但目前仍面临“猎户座”载人飞船、“星舰”月球着陆器和舱外航天服研制进度严重滞后等问题，NASA方面多次要求国会增加拨款，否则可能导致整个登月项目无法继续推进。

值得注意的是，美国在月球资源开采方面还拉拢多国签署《阿尔忒弥斯协议》，企图利用该协定确认美国在月球开发矿藏资源的合法性，并且在月球建立所谓安全区进行能源开采，同时“阻止中俄等竞争对手的挑战”。

此外，美国太空军对月球潜在军事用途的兴趣也在增加。《防务新闻》称，太空军在2月宣布了建立太空未来司令部的计划，负责验证前瞻性概念和新兴任务。其中“地月行动”是该司令部探索的首批未来概念之一。报道称，3月18日，美国太空军首席战略和资源官肖恩·布拉顿中将在华盛顿特区举行的“卫星2024”会议上发表讲话时表示，太空未来司令部的“地月行动”将侧重于了解围绕月球的行动是否能为太空军带来军事利益。