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2002
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  姜岩二十世纪最激动人心的时刻之一就是人类登上月球。然而60、70年代美国和苏联开展的月球探测活动除了让人们激动万分之外，却几乎没有带来任何经济效益，正因为月球探测费钱费力，华而不实，因此自1972年美国“阿波罗”计划完成后，月球探测就悄无声息达25年之久。直到90年代后半期，月球探测再度升温，与早期的月球探测不同，这次探测则务实和紧张得多，一句话，很多国家打算在月球上跑马圈地，占据宝贵的月球资源。 阿姆斯特朗向月球迈出的一小步，是人类历史上的一大步。他的一小步是美国阿波罗计划的最高成就。 “阿波罗”（即希腊神话中的太阳神）计划（apollo program）是美国国家航空和航天局在20世纪60-70年代完成的登月计划。阿波罗计划采用月球轨道交会法，用强大的土星Ｖ号运载火箭把50吨重的航天器送入月球轨道。航天器本身装有较小的火箭发动机，当它接近月球时，能使航天器减速进入绕月轨道。而且，航天器的一部分——装有火箭发动机的登月舱能脱离航天器，载着航天员登上月球，并返回绕月轨道与阿波罗航天器结合。第一次载人阿波罗飞行，由于发生了悲惨的事故而推迟，因为在一次发射演习时，航天器突然着火，3名航天员死亡。在几次不载人的地球轨道飞行之后，于1968年10月11日阿波罗7号载着3名航天员绕地球飞行了163圈。阿波罗8号迈出了载人月球探测的第一步，它从绕地球轨道进入绕月球轨道，在完成绕月飞行后安全返回地球。阿波罗9号在绕地球轨道上进行了长时间的飞行，对登月舱进行检验。阿波罗10号则飞入绕月球轨道，然后登月舱下降到离月面15公里以内，以检验其性能。1969年7月阿波罗11号在月球着陆，使逐步推进的阿波罗登月计划达到高潮，Ｎ·阿姆斯特朗成为人类第一次踏上月球的航天员。1970年4月发射的阿波罗13号，因氧气瓶爆炸发生事故，但仍然安全地回到了地球。其余的阿波罗飞行对月面进行了广泛的考察，搜集了大量的月球岩石标本，并把许多仪器安装在月球上进行科学研究，如太阳风实验和月震测量等。阿波罗计划的最后一次飞行——阿波罗17号是在1972年12月进行的。 尼尔·阿姆斯特朗 (neil a. armstrong, 1930-)1930年8月5日生于俄亥俄州瓦帕科内塔。1955年获珀杜大学航空工程专业理学硕士学位。1949－1952年在美国海军服役（飞行驾驶员）。1955年进入国家航空技术顾问委员会（即后来的国家航空和航天局）刘易斯飞行推进实验室工作，后在委员会设在加利福尼亚的爱德华兹高速飞行站任试飞员。1962－1970年在休斯敦国家航空和航天局载人宇宙飞船中心任宇航员。1966年3月为“双子星座－8"号宇宙飞船特级驾驶员。 1970－1971年在华盛顿的国家航空和航天局总部任高级研究和技术办公室副主任。1971年从宇航局退职后，任辛辛那提大学航空工程学教授至1979年。1985年3月任太空问题全国委员会成员。1986年2月任调查航天飞机事故的总统委员会副主席。八十年代起，他还曾担任多所公司的董事或董事长。 但是，自1972年美国“阿波罗计划”结束以后的25年间，月球探测不再是太空计划的主角。主要原因是认为探月活动耗资巨大。然而，90代后期人们又把目光转向月球，一方面现代航天技术的发展为人类提供了进一步探测月球的可能性，另一方面月球独特的自然环境和资源一直吸引着人类。 月球上没有大气干扰，是进行科学实验和天文观测的圣地。如果在月面上建立天文台，将会探测到宇宙中的许多奇异现象。月球的引力只有地球的六分之一，发射火箭所需的燃料将会比地面少得多，因此月球也是个难得的航天发射基地。月球两极大量冰水的发现更使人类对月球刮目相看，因为有了水人类在月球上生存的基本条件便已具备。人们可以利用水得到氢气和氧气，氧气和水供人呼吸饮用、使植物生长，氢和氧还可作为火箭燃料，供飞船返回地球或前往火星或更远的星际探险。这样，人类在月球上建立永久性实验室甚至定居点并非天方夜谭，月球很可能成为人类远征火星的中转站。 月球探测计划通常分三个阶段实施，第一阶段利用绕月球飞行的探测器是绘制月球全图。第二阶段是向月球发射月球车采集月球岩石并运回地面进行分析，以确定矿物含量及矿藏所在地。第三阶段则是建立月球基地，研究月球采矿工艺。 美国已经开始了第一阶段的工作，并取得了引人注目的成果。更令人吃惊的是，美国提出了移民月球的计划。英国《星期日泰晤士报》1998年5月3日援引美国航天局的消息说，移民月球的初步设想是在月球南极建立开发中心，所需材料则直接取自月球。由于月球土壤中铝和铁含量丰富，因而移民区的主要建材为铝和铁。采得的矿石运到月球南极一处环形山进行冶炼，冶炼所需能源来自太阳能电池板。由于月球土壤的五分之一的成分是硅，而硅正是制造太阳能电池板所必需的材料。美国航天专家还计划利用硅等原料制造一种形似玻璃的气凝胶，这种轻质材料既可用于防太阳辐射，又可作为房屋的保温材料。目前，美国马歇尔航天中心和约翰逊航天中心的研究人员共同合作，以最终敲定如何实施移民月球的方案。 在航天技术上可与美国匹敌的俄罗斯也开始实施新的月球计划，其最终目的是在月球上开采氦同位素氦－3。氦－3是一种核燃料，地球上极为贫乏，在月球上却极为丰富，几十吨的氦－3就能满足全球一年的能源需求。1998年10月，俄罗斯制定出新的月球开发计划，以研究月球“身世”，探寻月球水资源，开发月球上极为丰富的核燃料氦－3。根据这项开发计划，俄将发射一个小型月球轨道站，再从轨道站向月球发射各种探测仪器，其中包括10个可探入月球表面的穿透探测器，两个地震探测仪和月球南极水源探测仪。整个计划预计耗资5千万美元。俄罗斯计划在2010年后建立月球基地，研究月球采矿工艺。 加里莫夫介绍说，借助穿透器和地震仪可以了解月球内部结构，从而了解月球的“身世”。如果探测结果表明，月球内核质量超过月球质量的百分之五，则证明月球与地球分别独立生成。如果月球内核质量很小，则证明月球是由宇宙天体撞击地球后产生的碎片形成的。 与此同时，有14个成员国的欧洲航天局计划于2000年发射微型月球卫星，并于2001年在月球南极附近降下“欧洲月球2000"项目的登月舱。 日本也提出了自己的探月计划，1998年9月25日，日本发射的第一艘星际探测器在完成一项技术测试以后进入稳定的月球轨道。这艘无人驾驶的行星—Ｂ飞船昨天在飞行途中利用月球引力场的作用，以一个40度的转弯飞向月球轨道。1998年7月从日本南部发射的这艘重500公斤的飞船将于今年12月18日再次飞经月球轨道，然后利用地球引力飞向火星。探测飞船定于1999年10月开始从火星发回照片和试验数据。日本是世界上继美国和俄罗斯之后开展星际航天探索的第三个国家。美国的火星探路者是从火星表面发回探测数据，而日本发射的火星探测器则是从环火星轨道发回探测数据。日本的火星探测器将考察火星大气、拍摄火星上的沙暴、利用高频脉冲寻找火星表面以下是否存在水。另外，日本还计划于1999年专门向月球发射探测卫星。 1998年8月18日，由各国科学家组成的一个国际研究小组在美国地球物理协会主办的《地球物理通讯》杂志上发表文章说，他们已获得了更多的关于月球存在稀薄大气的证据，并说月球的大气中含有少量的氧、硅和铝等元素。 虽然多数人认为月球没有大气，但事实证明月球的确存在非常稀薄的大气。70年代乘坐阿波罗飞船登月的宇航员发现月球上有氦原子和氩原子；后来从地球上观测到月球上还存在钠和钾。德国和美国科学家已经在月球稀薄的大气中发现了氧、硅、铝等好几种元素的离子，但是含量很少。 1998年8月，德国马克斯·普朗克高层大气物理学研究所科学家德国科学家最近宣布，他们对美国航空航天局观测卫星所获数据进行分析后发现，月球大气中含有氧元素。除了氧元素之外，月球大气中还存在有硅和铝等元素。据认为，这些元素可能主要是月球表面土层受太阳加热后释放出来的。 月球大气是由美国“阿波罗”号宇宙飞船首次发现的，在此之前人们一直认为月球上没有大气。月球大气非常稀薄，比距地球表面100公里处的地球大气还要稀薄。科学家们起初认为月球大气的主要成分是氦和氩，1988年发现其中还存在钾和钠元素。德国科学家们指出，目前来看，要想从稀薄的月球大气中提取含量极低的氧元素为人类所用是不现实的。但科学家们认为，这一新发现意味着月球气体中可能还存在有其它目前未知的成分。进一步弄清其构成，可为研究其它行星及其卫星的大气状况提供重要借鉴。 月球上有水 1998年1月6日发射、11日进入月球轨道对月球进行勘测的美国“月球勘探者”号卫星发现在月球的北极和南极有冰。最多可能达到100亿吨。这一发现被认为是人类朝着实现移居月球并将月球用作火星探测发射基地这一设想跃进了一大步。这些冰在月球的南北极与月球的外壳混为一体，这些水冰可以相当于一个深10米、面积1000平方公里的湖泊。可供一个大型城市循环使用。 冰中的氧和氢是为宇宙飞船主发动机提供燃料的主要成分。这些氧和氢可以作为探索宇宙的资源，而且可使月球成为“对火星及太阳系中其它星球进行探测”的一个基地。从月球冰中提取水会是个“简单”的过程：将混有冰的泥土收集起来，在房间里加热，使冰融化后便可以得到水。不过，这个过程需要开发能在月球两极低至零下230摄氏度的极冷温度下工作的器皿。数据表明，月球两极都存在冰，北极的冰储量要更多一些。这些冰都分布在太阳永远照射不到的圆坑里，上面覆盖着数十厘米厚的土层。坑里的温度始终保持在零下150摄氏度以下，因此冰不会融化和蒸发。“月球勘探者”是在环月轨道上利用它的中子分光仪对月球表面进行扫描分析后发现月球上存在水的证据的。据认为，月球上的水绝大多数来自撞击月球的彗星和陨石。 研究人员说，月球北极地区水的数量要比南极地区多大约50％。宾德说，所有的水都存在于终年不见阳光的环形山内部。月球的气温总是在零下156摄氏度左右，使得这些冰的存在“几乎是永恒的”。数据表明，这些冰呈层状，它们上面覆盖着厚达18英寸的土壤。 月球上蕴藏有丰富的氦－3元素 1998年12月31日，美国科学家在月球上发现了储量丰富的氦－3矿藏，并绘制出了这一矿藏的分布图。 氦－3是氦的同位素，含有两个质子和一个中子。在热核聚变反应过程中，氦－3同具有一个中子和一个质子的氘（重氢）发生热核聚变，产生的中子很少，可以大大降低热核聚变反应堆的放射性危害，因此这种元素有可能成为21世纪热核聚变能的宝贵原料。 据估计，月球上氦－3元素的总储量大约为100万吨，可为地球上的人类提供能源达数千年之久。开采时只要对月球土壤加热，氦－3元素就会从土壤缝隙中释放出来。相比之下，地球上的这种矿藏只有20吨，而且位于地壳深处，不易开采。美国地质调查局以杰弗里·约翰森为首的这个地质学家小组在最新出版的《地质研究通讯》上发表了他们绘制的月球上氦－3分布图，这使人类在月球上进行商业性开采这种元素的可能性又前进了一步。这些专家认为月球最容易找到氦－3的地方是静海和位于月球另一面的风暴洋以及奇奥尔科夫斯基陨石坑和东海。 这些科学家取得的成果是以几个月来对月球土壤的研究为基础的，而月球土壤是阿波罗宇宙飞船在登月飞行中带回地球的。这项未来移民计划是国家航空航天局在一次工程会议上披露的。该计划的关键是，建设者怎样在当地获得原料，这是移民月球和其他行星的最大难题。 下一代可重复使用的航天飞机着陆后，差不多马上能够起飞，使供应机可以连续不断地往返于地球和已开发的行星之间。然而，每次飞行消耗的费用和时间表明，比较明智的做法是依靠当地原料。由于月球土壤中铝矿和铁矿比较丰富，而且容易用采矿机械开采，因此未来移民区的主要建材很可能不是铝制的就是铁制的。 研究这项移民计划的劳伦特·西比莱说，届时这些金属矿需送进冶金炉内提炼。他说：“你需要用冶金炉才能把开采的原料制成建材。目前我们的想法是，最好把原料送到月球南极的一个环形山附近提炼，因为炼矿需要使用太阳能，而在那里你可以获得源源不断的太阳光。” 太阳能电池板是较为可取的动力装置，可为机械装置和供暖提供动力，部分原因是月球上有1／5土壤由硅构成，而硅是制造太阳能电池板所必需的原材料。 但是，月球大气层非常稀薄，这意味着必须保护宇航员住所不受太阳的辐射。为解决这一问题，马歇尔航天中心的科学家正在研制一种神奇的新材料。 气凝胶是一种差不多完全用空气制成的新型玻璃，而且几乎没有任何重量。国家航空航天局的研究人员已经在试验中展示怎样用月球土壤中的硅制造这种轻型材料。 尽管气凝胶几乎全是用空气制成的，但是它的制成过程使之可以充当吸收辐射的优良材料。 西比莱说：“它是一种完美的材料，就像是插在两片金属中的夹层板一样。它可以像隔热体那样，保护房屋内居住的所有人不受外界寒冷的影响。我们的试验已经表明，一英寸厚气凝胶的隔热效果不亚于一英尺厚的普通隔热材料。” 马歇尔航天中心的科学家一直在与约翰逊航天中心的同行合作，后者持有阿波罗宇宙飞船在登月飞行中带回的月球土壤样品。目前，这两个航天中心的研究人员正在加紧实施登月飞行计划，以确认在月球上是否能制造出他们在地球上用岩石和土壤样品制成的材料。只有到那时，国家航空航天局才能在移民月球还是移民火星中，作出较好的选择。 本文摘自《百年科学发现》 |
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