嫦娥八號將在月球製磚 月球核電站將用融鹽堆

一、中國探月工程下個目標要建立月球科研基地

    嫦娥六號已完成人類首次從月球背面採集土壤，中國大陸的四期探月工程又向前邁進一步。該探月工程於2021年12月立項，由嫦娥四號、嫦娥六號、嫦娥七號及嫦娥八號4次任務組成。嫦娥四號已於2018年12月發射實現世界首次月球背面軟著陸，目前嫦娥六號也已成功完成月背取樣，嫦娥六號著陸在月球最古老的盆地，探測結果可瞭解月球形成的歷史。未來嫦娥七號、嫦娥八號也將陸續發射，隨著探月工程不斷推進，深空探測技術將進一步發展。接下來中國要查清月球南極是否有水存在，同時嘗試月球資源的開發利用，嫦娥七號、八號是為建立科研站做前期準備。探索月球就像幾百年前的大航海時代，哥倫布發現了新大陸造就了歐洲列強的興起，並獲取了全球資源，中國建立月球基地就開拓了太空新大陸，國家將能興盛，人民將可富強。由於月球引力較小，建造月球屋不需用到鋼筋等材料，使用月球土壤加工就可以。研究人員表示，用高週波將月壤熔成磚塊，再使用3D列印技術製造。在月球基地周圍會相繼建立通訊訊站和太陽能光伏發電站。一旦月球基地真正建好以後，一座矗立在月球表面的小型城市，也就應運而生了。嫦娥五號曾在月壤中發現許多含有氫元素的玻璃珠，而氫元素可以合成水，中國科學家推測月球的含水量達2,700億噸。利用月球基地還可開發更多新的能源，例如核融合使用的氦-3大量存在於月球，將其運用到新一代的核融合發電站，那麼能源問題就解決了。月球也能作為中轉站，將火箭發射到火星上，可說月球基地建成之日就是火星探險起步之時。月球基地面臨許多問題要解決，由於月球沒有大氣層保護，所以隕石很容易就能轟擊月球基地，需考慮做好防護措施。其次，由於月球磁場很弱只有地球上的千分之一，所以它幾乎無法抵抗伽馬射線和各種太陽風暴。在這種情況下，人體可能會長期暴露於輻射環境當中，都是急待解決的問題。 

    中國國家太空總署(CNSA)正呼籲國際合作夥伴為嫦娥八號月球登陸器提供科學有效載荷，該登陸器定於2028年發射。中國也以月球南極為目標，預計那裡蘊藏著豐富的可用資源尤其是水。嫦娥八號將是中國在國際月球研究站開始建造前發射的最後一個機器人任務，這使得嫦娥八號嘗試用月壤製造建築材料成為最重要任務。為了製造月磚，登陸器將攜帶一台設備，利用太陽能融化月壤，並以每小時40立方厘米的速度將其變成可用的部件。登陸器還將配備一系列科學儀器，包括相機、偵測月震的地震儀和X射線望遠鏡。該任務的一部分將集中於基於月球的地球觀測，並使用多種旨在監測地球大氣層和磁層的儀器。同時，月球車將攜帶探地雷達、攝影機、礦物分析儀以及收集和儲存樣本的工具。實用機器人是任務的關鍵部分，中國航太局正在尋求有興趣將其開發為搭載有效載荷的合作夥伴。根據要求，這款重100公斤、電池供電的機器人將需能夠「捕獲、搬運和放置物品、鏟土和轉移月球土壤」，並需要能夠以每小時400m的速度行駛。在此之前，嫦娥七號計畫於2026年進行，屆時嫦娥七號將對散佈在月球南極周圍的永久陰影隕石坑進行地質檢查。 

二、月球屋如何興建

    真空、低重力、強輻射、大溫差及不時會有的月震都是月球表面複雜的環境狀況，在月面建設科研站成為了極具挑戰的超級工程。從2015年開始，華中科技大學在國內率先進行了相關的研究工作。一個像蛋殼一樣橢圓形結構的建築就是科研人員設計的月球屋雛形，它有一個生動的名字「月壺尊」。中國國家數位建造技術創新中心教授 週誠說「月壺尊」這種蛋殼的結構形狀能夠應對月面極端環境的挑戰。設計的兩層的中空加熱的結構形式，也能夠減少材料消耗，使它整個使用的強度和性能得到一個很好的平衡。在「月壺尊」的內部，科學研究團隊也設計了一種展開式的氣囊，這層氣囊既可以抵禦月震，又具有很好的保溫隔熱性能，可以形成更適合航太員科研與居住的空間。由於星際運輸的高昂成本，科研人員會優先使用月球土壤進行房屋建造，高週波熔融爐可將月壤加熱到一千多攝氏度燒結成磚頭用於建材。磚頭有了，透過3D列印方式，能在月面進行一些結構的快速建造。月球基地的建造有三個重要意義：首先，月球基地可成為支撐深空探測活動的基石。其次，通過實施月球基地建設相關任務，有助於將近地空間安全感知能力提升到地月空間。第三，月球基地建造將為人類活動空間提供新疆域，擴展人類生存空間。

     綜合考慮多項因素，理想的月球基地須選在水冰資源區、隕石坑附近並具有較好的通訊條件，以保証宇航員生存、工作、探測和科研等需求。當前，備受關注的選址熱點主要集中在南極地區，其科學探索價值較高，晝夜溫差較小，且太陽能、水冰等資源開發潛力巨大。目前各國設計的月面建築方案包括剛性結構、可展開結構、充氣結構、3D打印結構、砌筑拼裝結構、地下結構等。其中3D打印工藝自動化程度高，其建造的結構設計自由度高，形狀、造型復雜多樣，還可以實現月壤材料-結構-性能一體化設計，適用於極端的月面環境。與地球不同，月面存在著低重力、高真空、大溫差、強輻射、高頻月震、微隕石沖擊等極端條件。月球每年發生約1000次深部月震，月球表面重力僅為地球的1/6，月面晝夜27.32天更替一次，晝夜溫差可達290℃，月表輻射強度高達300mSv/a，這些極端環境使月面建造工程極為困難。蓋房子不能靠人力，只能依靠自動化的機器和設備。當前提出的主流建造技術為3D打印技術和砌築拼裝技術。中國的華中科技大學研究團隊，正在丁烈雲院士的帶領下，主持兩項中國工程院戰略研究與咨詢重點項目，積極准備為月球基地建造提供頂層設計。同時正在突破“輕量化可重構月面原位建造”“關鍵結構材料原位成形與服役性能提升”等核心技術，承擔了中國載人空間站工程空間科學與應用項目，利用空間站環境開展燒結模擬月壤樣品艙外暴露實驗。

三、月球基地建設核電站

月球基地只靠太陽能無法支撐許多活動，俄新社引述俄羅斯航太局長尤里·鮑里索夫的話說，俄羅斯計劃在月球建設核電站作為中俄合作建立月球基地的基礎。月球的夜晚持續約14個地球日，這使得月球表面的太陽能電池板作為主要能源不可行，莫斯科正在考慮使用核能為該站供電的想法。目前，載人航太主要能源有三種：太陽能、化學能(燃料電池等)、核能。月球夜晚持續14天、隕石坑有永久陰影區、兩極附近光照變化大，依賴光照條件的太陽能發電在月球暗面無法滿足需求，利用化學燃料提供能量也非常有限，而核反應器電源功率大、儲能高、重量輕、體積小，可在太陽能、風能和水力發電不易獲得的環境下工作。核能可滿足月球建造長期基地等太空任務的多元化需求。在月球建設核電站面臨散熱的難題，由於月球沒有河流及大海，傳統的第三代核電站都需靠水散熱，需建立在有水的地方。因此，月球核電站需使用第四代核電技術，尤其是使用融鹽堆技術。目前核電站發展已進入第四代，熔鹽堆核電站是其中一種，用融鹽當冷卻劑根本不用水冷卻，不會發生爐心熔毀事故非常安全。其實中國釷基熔鹽反應堆已獲得運轉許可證，該反應堆於2018年 9月在甘肅省武威市開工建設，目前運轉良好，中國自己可以建設月球核電站不須俄羅斯協助。

熔鹽堆的優異性能主要來自其複合熔鹽冷卻劑的高沸點等物理化學特點，熔鹽還可以用在太陽能集熱、大規模熱能存儲和大功率電池等，釷熔鹽反應堆的冷卻劑是複合型氟化鹽，不像鈾反應堆或輕水反應堆那樣，需要使用大量的冷卻水，所以它不需要像傳統核電站那樣，建在江河湖海邊，月球、火星及地球沙漠地區都可以興建。1噸釷能夠提供相當於200噸鈾、或者350萬噸煤所提供的能源，目前世界已知的釷儲量至少能夠為全世界提供1萬年的能源支持。所以，釷反應堆有機會緩解人類世界即將到來的能源危機，對於任何國家來說都是非常重要的戰略方向。釷基反應堆發電技術是比以往的核電技術反應堆安全得多的核能發電技術，它基本不會出現高溫燒毀的情況，因為當反應堆內溫度超過預定值時，其底部的冷凍塞就會自動熔化，攜帶核燃料的熔鹽將全部流入應急儲存罐中，核反應也就隨即終止了。雖然俄羅斯航太局未說明其月球核電站使用何種反應堆，但顯然熔鹽堆最適合月球核電站。