說到月球能源，我們并不陌生。本報(bào)曾經(jīng)報(bào)道過已有科學(xué)家開始研究如何在月球上建立核電站，以及太陽能發(fā)電廠。日本清水建設(shè)株式會(huì)社甚至打算啟動(dòng)“月球之環(huán)”工程，盡可能開采月球上的豐富太陽能資源。而在斯通博士眼中，月球上除了豐富的太陽能之外，還有另外一種儲(chǔ)藏量極大的可再生能源——氫。
行星地質(zhì)學(xué)家推測(cè)，位于月球兩極的火山坑中儲(chǔ)藏著以固態(tài)冰形式存在的上百億噸氫氣。上世紀(jì)90年代，美國(guó)宇航局發(fā)射了“月球勘探者”號(hào)和“克萊門汀”號(hào)探測(cè)器。從這兩個(gè)探測(cè)器帶回地球的證據(jù)來看，科學(xué)家們的推測(cè)都得到了印證。而人類最近的月球探索行為，如去年印度發(fā)射的“月亮船初航者1”號(hào)，以及美國(guó)宇航局的“月球勘測(cè)軌道器”也有可能會(huì)進(jìn)一步驗(yàn)證這一觀點(diǎn)。月球上氫的存在被證明之后，隨之而來的將是如何測(cè)定氫的質(zhì)量、數(shù)量，以及進(jìn)行開采的可行性研究。
《探索》雜志表示，在月球上發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量豐富的氫會(huì)帶來很多實(shí)際利益。例如，現(xiàn)如今太空火箭每運(yùn)行1千米，燃料及其他消費(fèi)品的成本就高達(dá)1萬美元，而如果能直接發(fā)掘、利用月球上的氫，火箭燃料成本會(huì)降低很多。這樣一來，太空探索將會(huì)真正變得商業(yè)化。最后人們甚至可以開始新的冒險(xiǎn)，進(jìn)行太空旅行、太空垃圾清理、衛(wèi)星加油，以及星際漫游等。
建立空間加油站
毫無疑問，月球探礦成本高昂，其10年的投資成本甚至可能高達(dá)200億美元，過程也極其復(fù)雜。漫游者機(jī)器人要被送到月球兩極的火山口，采集礦藏樣本，分析固態(tài)冰成分，然后再將探索范圍逐步擴(kuò)展到整個(gè)月球，描繪一張?jiān)虑蛘w的氫能源分布圖。目前來看，還沒有國(guó)家有膽識(shí)進(jìn)行如此大規(guī)模投資，用于月球氫能源探索。但政府不愿意，并不代表著各國(guó)私有經(jīng)濟(jì)也沒有這樣的意愿。
兩年前，斯通博士與一群志同道合的商人、探險(xiǎn)家、空間系統(tǒng)經(jīng)理，以及工程師一起在美國(guó)德克薩斯州成立了沙爾克頓能源公司，主要目的是進(jìn)行月球探礦。斯通博士表示，如果能在月球上找到儲(chǔ)量豐富的固態(tài)氫，他們就將在月球的近地軌道上建立加油站，并形成一套體系，為需要的衛(wèi)星、飛船提供燃料及消費(fèi)品。就像現(xiàn)代高速公路旁的加油站一樣，這些太空加油站將建立在交通繁忙的主要“路口”，如國(guó)際空間站附近等。
《探索》雜志表示，如果建成，這些太空加油站點(diǎn)將為幾乎所有的空間系統(tǒng)帶來顛覆式的變化。這些變化不僅體現(xiàn)在飛船不必再攜帶燃料上，同時(shí)這樣的變化還會(huì)刺激全新空間飛行器的研發(fā)。眼下，火箭發(fā)射系統(tǒng)必須能夠承受高速行駛造成的巨大大氣阻力、壓力、震動(dòng)，以及回到地面時(shí)的巨大熱量。這些具有極大破壞力的力量必將給火箭以及裝備帶來毀滅性的損壞。因此，火箭建造成本的很大一部分都是用于對(duì)火箭及設(shè)備的保護(hù)。但如果一架太空飛行器從設(shè)計(jì)伊始，就將它的使命定為終生太空運(yùn)作，如在月球與地球軌道之間運(yùn)轉(zhuǎn)，就可以使其在設(shè)計(jì)時(shí)擺脫這些束縛（至少可以不用考慮火箭返回地球時(shí)遭遇的巨大熱量），從而使成本大大降低。
如何尋找氫以及如何開采
在月球的哪個(gè)區(qū)域才能找到儲(chǔ)量豐富的氫，以及如何對(duì)其進(jìn)行開采？這也是一個(gè)不得不解決的問題?！短剿鳌冯s志認(rèn)為，最有可能探測(cè)到大量氫的地方是極地火山坑的風(fēng)化層內(nèi)（即月球蓬松的表面物質(zhì)），如位于月球南極的沙爾克頓（以沙爾克頓公司命名）火山坑。該火山坑內(nèi)溫度極低，能夠“困住”水、氫等易揮發(fā)物質(zhì)。月球表面的水和氫從何而來？科學(xué)家們認(rèn)為，彗星和小行星與月球相撞時(shí)會(huì)在火山坑內(nèi)留下大量水和氫。
上世紀(jì)90年代，“月球勘探者”號(hào)飛行器在月球極地地區(qū)探測(cè)到了儲(chǔ)量極大的氫，這也意味著月球極地有固態(tài)水存在的可能性很大。基于這兩個(gè)原因，美國(guó)宇航局已經(jīng)考慮將沙爾克頓火山坑作為其“星座計(jì)劃”的第一個(gè)月球前哨。“星座計(jì)劃”預(yù)計(jì)在2020年將宇航員送回月球。
如果月球表面有大量可開采的固態(tài)氫，斯通博士等人將計(jì)劃在月球表面開展燃料加工行動(dòng)。如何將固態(tài)氫變成燃料？第一步當(dāng)然是將固態(tài)水和氫融化。隨后，將把水電解成氫氣和氧氣。緊接著，將這些氣體壓縮成液態(tài)氫和液態(tài)氧，并把它們加工成過氧化氫，用作火箭燃料。如果在月球上還能找到其他易揮發(fā)氣體，如氨水、甲烷等，也能將它們加工成燃料、肥料等其他有用產(chǎn)品。
從月球上獲取燃料并將其送至近地軌道的成本要比從地球上輸送燃料的成本低，這是因?yàn)樵虑蛞^小，從而對(duì)火箭助推力的要求較低，所需推動(dòng)燃料僅為地球發(fā)射火箭的1/14至1/20。當(dāng)然，在月球火山坑內(nèi)進(jìn)行采礦會(huì)十分艱難，首先，坑內(nèi)溫度奇低，大約恒定在零下173℃；其次，坑內(nèi)永遠(yuǎn)為極夜，見不到陽光。這樣的惡劣環(huán)境跟地球南極的冬天相似，但顯然要比南極更具挑戰(zhàn)性。同時(shí)，月球的低引力場(chǎng)會(huì)讓開采變得更加難以控制，因此在實(shí)現(xiàn)月球探礦之前，必須開發(fā)新一代的高性能機(jī)器人。
月球能源探索現(xiàn)在來看似乎遙遙無期、困難重重。但斯通等科學(xué)家之所以迎難而上，是因?yàn)樗麄儗?duì)它的前景十分看好。除了降低太空探索成本、為地球提供能源外，《探索》雜志指出，月球能源還有其他的好處，如能夠幫助解決越來越受人關(guān)注的太空垃圾問題。由于能源充足，今后將會(huì)有專門的清理飛行器，用于清除軌道中已廢棄的材料。10年或20年后，我們甚至?xí)瓉硖仗剿?、太空旅游、太空商業(yè)探險(xiǎn)的新紀(jì)元。因此，月球能源就像是一把鑰匙，為我們打開了充滿無限可能的未來之門。
