第253章 登月（2/2）

但在月球上，这些问题都不存在：月球上没有大气层，逃逸速度仅为地球的五分之一多一点，这意味著飞行器脱离月球引力所需的能量仅为地球的4%到5%，轨道的长度也可以大幅缩短，而且我们无需將炮口架高到大气层之上，因为月球根本没有大气层。

在地球上，要让飞行器以1个重力加速度加速到地球的逃逸速度，需要近20分钟的加速时间，轨道长度更是达到4000英里，轨道塔的高度要远超我们现有的所有摩天大楼，而且整个轨道必须是密封的真空隧道。而在月球上，以1个重力加速度加速到月球的逃逸速度，所需的轨道长度甚至不到200英里，轨道可以像普通的铁轨一样建造。

儘管在月球上建造高塔比在地球上容易得多，但在月球上我们根本不需要高塔，因为没有空气会进入轨道隧道，也不存在空气阻力和升力的影响。此外，轨道的长度与加速度成反比，所以如果我们不介意让人类乘客承受4个重力加速度的过载，那么仅需一分多钟的加速时间，轨道长度只需50英里即可；如果只是发射原材料或结构相对坚固的人造物品，那么即便是100个重力加速度的过载也完全可以承受，轨道长度仅需两英里。

说实话，像铁这样的原材料，甚至可以承受10000个重力加速度以上的过载，这相当於步枪子弹发射时的加速度，对应的轨道长度仅需100英尺。因此，即便我们有能力建造月球太空电梯，也可能不会这么做，因为太空炮的实用性要高得多，而且也更容易做好防护，抵御微陨石和太阳辐射的侵袭——这两者都是月球上的严重威胁。

我们甚至可以从月球直接向火星发射飞行器，儘管仍需要火箭燃料，但所需的燃料量会大幅减少，而且我们可以在月球上提炼燃料。正如之前提到的，月球表岩屑中含有大量的氧、铝和镁，液氧与铝或镁混合，是一种相当不错的火箭燃料，铝粉和液氧製成的单组元凝胶推进剂，前景也非常广阔。

我们探討过从岩石中提取氧气的方法，这里简单总结一下：我们可以利用月球本地的材料，建造大片的太阳能熔炉和蒸馏装置来生產这种燃料，这些燃料也可以在月球的黑暗期为月球基地供能。飞行器可以通过质量加速器获得初速度，从月球出发前往火星或小行星，然后依靠燃料进一步加速，在抵达目的地时再利用燃料减速，我们也可以將这些燃料运输到其他地方。

事实上，一旦相关的基础设施建成，將燃料从月球运输到地球轨道的空间站，为从地球轨道出发的飞行器补充燃料，可能比从地球向轨道运输燃料更划算。具体哪种方式更优，取决於月球燃料精炼厂的建造和维护难度。而隨著机器人技术和3d列印技术的不断发展，建造和维护这类精炼厂的难度可能会大幅降低。

我们確实想要將人类送上月球，但无论如何，机器人肯定会发挥至关重要的作用，尤其是在基地建设的早期阶段。如果在太空人抵达月球之前，无人机就能完成初期基地的建造工作，那么整个任务会变得容易、安全得多，成本也会大幅降低，这就引出了我们的下一个观点。

经典的月球基地形象中，总会出现大量的玻璃穹顶，但这其实並非一个好主意。人类其实並不需要直接的阳光照射，尤其是未经地球磁层和大气层过滤、含有大量有害射线的原始阳光，植物在这样的光照下也无法良好生长。而且玻璃对微陨石的防护能力也很差。

因此，我们不会在月球表面建造建筑，即便建了，后续也会用表岩屑將其掩埋。在你与太空之间铺上几英尺厚的月球表岩屑，就足以抵御所有需要防范的威胁。而且由於月球引力较小，支撑这些表岩屑重量的建筑结构，无需建造得过于坚固。如果需要引入光照，可以安装玻璃墙，並將屋顶延伸至玻璃墙上方，然后通过镜子將光线反射进建筑內，这些镜子可以被设计成不反射有害的射线频率，而且镜子所使用的材料不会轻易因撞击而碎裂。

所以即便是种植粮食作物的区域，也不会直接暴露在露天环境中，而人类的居住区域，会儘可能建在地下深处。在零重力环境下，我们可以通过旋转结构模擬引力，在低重力的月球上，我们也可以採用同样的方法。我们需要將月球的自然引力与旋转產生的人工引力结合起来，这样在旋转结构內部，人类感受到的“下方”会是一个斜向的方向。月球上没有空气，也就没有空气阻力，因此维持这种旋转结构的运转，並不需要消耗太多能量。

这种设计能让在月球上生活的人类免受低重力的不良影响，因为长期处於低重力环境中，会对人体造成严重的损害。再次强调，如果我们能掌握实用的核聚变技术，所有事情都会变得容易得多——如果我们要开採月球的氦-3，自然就会拥有这项技术。但即便没有核聚变技术，在月球建立基地也绝对是可行的。

至今没有实现，只是因为成本过高，而且缺乏足够明確的目標。此外，这项任务需要我们全力以赴，像一些极地资源站那样，只派遣十几个人驻守的小型月球基地，並非正確的发展方向，即便是完全由机器人运营也不行。月球並非火星，地月之间的通信延迟只有短短几秒，因此即便是机器人的维护工作，也可以由地球上的人员几乎实时操控其他机器人来完成。

开展火星著陆任务，並不需要月球基地的支持，但如果我们希望將数千名殖民者送往火星，实现地火之间的常规人员和物资运输，那么让月球成为这条运输链的直接一环，或是为运输途中的中转站提供燃料，会让整个任务变得容易得多。而且如果我们想要在火星开展大规模的探索和开发工作，就必须將人类送往火星，因为地火之间的通信延迟实在太高，无法进行实际的远程操控。

因此，太阳系深处的任何大规模探索开发任务，都能从月球基地中获益，因为月球基地能为运输链提供人员、燃料和物资。如果我们拥有足够先进的机器人——这里指的是机械性能足够先进，而非智能水平足够高——那么我们完全可以在地球上操控月球上的所有操作，无需在月球部署人员。但如果我们想要让人类在月球上生活，就需要派遣足够数量的人员，因为我们要在月球建立一个社区，需要有人种植粮食、烹飪食物、建造棲息地、维修机器人、开展实验等等。

南极洲的麦克默多站或许是一个很好的参考例子，即便是在冬季，这里也有大约250人驻守，夏季的人数会增加数倍。我们提到过邓巴数，大约是150到160人，这里再提醒一下，这个数字被普遍认为是一个社区的理想规模。当然，由於地月之间的通信延迟只有几秒，我们也可以派遣更少的人员。

比如，你在月球上给家人打电话，虽然会有一点延迟，一句“早上好，你还好吗”，要等四五秒才能听到对方的回覆，但这已经能大幅缓解偏远前哨站少量人员所面临的心理压力。当然，也有一些情况，这样的延迟会造成很大的影响，比如为受伤的人员进行手术，还有很多类型的维护工作，如果依靠机器人无人机和数秒的延迟来完成，至少会变得非常麻烦。

当然，如果我们將人类送往月球，就需要为他们提供食物，因此必须在月球上自主种植粮食。將仅仅一天的口粮送入近地轨道，就需要花费数万美元的燃料成本，送往月球的成本会更高。因此，要在月球上永久养活100人，每年的成本將高达数十亿美元。而且，植物还能帮助我们循环利用空气、水和废弃物。

这就又回到了光照的问题上，因为月球的一天长达一个月，这意味著除了极地地区，其他区域都要面对长达两周的黑暗期。即便植物能承受两周的黑暗，在这段时间里，它们也无法吸收空气中的二氧化碳。而两周的持续光照则不成问题，如果我们通过镜子或光纤为植物提供光照，只需根据需要遮挡或调整光照方向即可。事实上，很多植物在更长的光照周期下生长得更好，当然也有一些植物並非如此，而且光照周期还会影响很多植物的开花结果，因此光照控制是一项重要但可控的工作。

黑暗期的问题也可以解决，在月球极地的一些区域，光照条件非常理想。总的来说，植物可以承受几天的弱光或无光环境，我们也可以在光照充足的时期储存能量，在黑暗期依靠电池、燃料电池甚至火箭燃料为补光灯供电。

说实话，即便在白天，当电力供应充足时，我们也可能会经常开启补光灯，因为通过增强植物光合作用所需波长的光照，可以促进植物生长，这样我们就能减少镜子的使用，还能將农场建得更立体。如果我们希望农场的引力比月球的自然引力更高，这种立体设计就会更加实用。

月球的另一个优势是，其漫长的黑暗期、低引力和无大气层的环境，让它成为建造望远镜的理想之地，尤其是新型的液態镜面望远镜，这种望远镜可以被建造得无比巨大。液態镜面望远镜的基本原理，其实就是將自然引力和旋转產生的人工引力结合起来。在地球上，当液体旋转时，在引力和离心力的共同作用下，会形成一个拋物面，我们可以通过调整旋转速度，塑造出理想的拋物面反射镜。

在地球上，我们使用汞来製作液態镜面，但汞並不適合在月球上使用。不过，我们在离子盐这类有机化合物的研究上取得了不错的进展，这类物质可以在月球上製作液態镜面，而且实际上，在月球上建造这类望远镜的成本，可能比在地球上更低。此外，月球上没有大气污染和光污染，让这里成为了建造望远镜的绝佳地点。

还有一种设施，只能建在月球的所谓“暗面”，那就是巨型雷射器。我们探討过利用雷射器推动飞行器，让其达到极高的速度，大家或许也听说过利用雷射器摧毁或偏转可能撞击地球的小行星的想法。但巨型雷射器的问题在於，它们的体积庞大，而且具有武器的属性。月球的“暗面”之所以被称为暗面，是因为这一面永远不会朝向地球。

因此，太阳系中如果有一个地方能让我们安心建造巨型雷射器，不用担心它被用作攻击地球城市的致命武器，那就是月球暗面。此外，从实际角度来看，如果你仔细计算过巨型雷射器所需的能量，就会发现，除非我们拥有某种科幻作品中的特殊材料来散热，否则整个雷射器会被自身產生的热量熔化。在太空中，热量只能通过辐射的方式散发，因此如果我们將雷射器建在月球这样的天体內部，不仅能利用月球的岩石保护核心部件，还能通过对流和传导的方式，將所有热量散发到月球內部。

这样一来，我们就不会有巨大的散热口，也就不会出现像科幻电影中那样，敌方的战机可以向散热口发射鱼雷，摧毁这座造价不菲的末日武器的情况。

但总的来说，重返月球的任务，除非我们计划在月球建立大规模的永久基地，否则並没有太大的实际意义。而在我们准备好大规模向太阳系深处探索之前，我们不太可能下定决心这么做。但一旦我们做好了准备，月球就有潜力成为一种无价的资源。

我们目前还未准备就绪，想到自上次人类登月以来，已经过去了近半个世纪，难免会让人感到有些沮丧。但要知道，南极洲在19世纪初就被人类发现，而首次前往南极点的探险任务，直到数十年后的20世纪初才开展。1911年，阿蒙森的探险队率先抵达南极点，时隔一个月，1912年1月，罗伯特?斯科特带领的命运多舛的探险队也抵达了南极点，但最终全队遇难。

而在首次抵达南极点45年后，美国海军才飞抵南极，建立了阿蒙森-斯科特南极站。即便如此，这座科考站直到最近这些年才发展成为大型设施，上世纪70年代中期还进行了彻底的重建。

如今，距离那两次勇敢的南极点探险已经过去了一个多世纪，阿蒙森-斯科特南极站已经成为一个繁荣且成果丰硕的科研基地，冬季有数十人驻守，夏季的驻守人数达到150人，而这样的科考站在南极洲还有很多。

美好的事物需要时间来孕育，有能力做一件事，並不意味著就应该去做。我们如今的南极点基地之所以如此完善，是因为它具有实际的价值，对於天体物理和粒子物理研究而言，这里是至关重要的研究场所。

无论是因为氦-3成为了珍贵的核聚变燃料，还是因为我们需要利用月球为地球周边或太阳系深处的项目提供原材料和燃料，或是將月球作为前往火星和其他行星、小行星的生命线，又或是为了在月球上建造真正巨大的望远镜，亦或是仅仅因为人类的探索欲和不服输的精神，再或是以上所有原因的结合，月球基地的建成，终將成为现实。