50年后重返月球美国为什么把登陆地点选在这？

　　科技日报
　　中国空间科学学会理事长、中国科学院国家空间科学中心原主任吴季
　　阿尔忒弥斯计划在月球南极着陆的原因有三：
　　首先月球南极存在一些常年无法被阳光照到的、永久黑暗的陨石坑，这些陨石坑底部有可能存在水冰。
　　其次，月球南极能够被阳光照射到的高地可以连续获得太阳光的照射，不会被长时间的月夜困扰。
　　最后，由于连续光照，该地区的温度变化不大，这可以大大地降低研发载人登月技术设施的难度。
　　图源：视觉中国
　　如今，距离人类最后一次从月球上离开，已过去了50年，人类再也没有去过月球。2004年，美国政府在其新的空间探索计划中提出重返月球，并以此为跳板实施载人登陆火星计划，宣告了其重返月球计划的再次启动。2017年，NASA正式启动了阿尔忒弥斯（Artemis）计划，该计划旨在于2024年实现人类重返月球。
　　而最近备受关注的太空发射系统（SLS）重型火箭则是美国重返月球计划的关键一步。
　　月球南极登陆，有好处也有不利因素
　　与阿波罗计划不同，阿尔忒弥斯计划在月球的南极着陆。近期，NASA公布了13个月球南极附近的预选着陆区。之所以选择南极，主要有3个原因。
　　第一，在月球南极存在一些常年无法被阳光照到的、永久黑暗的陨石坑。经过雷达回波探测，科学家判断在这些陨石坑底部有可能存在水冰。如果科学家的推断被证实，这些水冰不但可以支持未来人类月球基地对用水的需求，还可以通过电解水提取氢气和氧气，为火箭发动机提供燃料。要知道，从月球上生产燃料为飞船加注，比将这些燃料从地球上带过去要便宜得多，这样可以大大降低人类探索深空的成本。
　　第二，月球南极能够被阳光照射到的高地，可以连续获得太阳光的照射，每年的连续光照时间甚至可达10个月，不存在月球低纬度地区长达14个地球日的月夜。
　　第三，由于连续光照，该地区的温度变化不大，不像在月球低纬度地区，昼夜温差会超过250摄氏度。这可以大大地降低研发载人登月技术设施，如生命保障系统、航天服设计等的技术难度。
　　尽管如此，降落在月球南极，并在那里建立人类科研和生活基地，也存在着很多不利的因素：
　　首先，那里没有平坦的月海，多高山峡谷，降落起飞都会十分困难，因此对着陆时机的要求很高，一旦错过原定着陆点，下一次着陆能找到另一块平坦的备选着陆点的可能性很小。
　　其次，高地上平坦的活动空间不多，也不利于载人月球车的移动。
　　此外，保存有水冰的永久黑暗陨石坑底部见不到阳光，因此探测水冰的探测器和挖掘机械的能源供给必须由位于高地的基地供给，因此基地到坑底的能源输送需要额外的基础设施，必须事先建设好，才能进入水冰的提取和燃料生产阶段。
　　一旦克服寒冷月夜，月海或更适合建立基地
　　相比之下，如果将载人登月和以后基地建设的地点选择在月球北纬、中纬度等靠近零度经线的月海中，除了没有南极那样的水冰、月夜能源需求高和昼夜温差大以外，其他方面都是优点。比如，月海中地势平坦，非常适合飞船的起飞和降落，也方便载人月球车的长距离驾驶，扩大了人员活动的范围。此外，月海的月壤中有大量的氧化物，通过还原法也可以提炼出液氧燃料，只是复杂度比从水中提取要高，要消耗更多的能源。而且在不远的未来，一旦相关技术成熟，还可以从月海的月壤中提取核聚变燃料氦3。
　　在中纬度的月海中着陆，最大的困难是要克服长达14个地球日的寒冷月夜。不过，目前有很多相关研究工作正在展开，为解决月夜问题提供可行的方案。比如在月日高温时，将月球表面大量的热能存储下来，在月夜期间慢慢释放；还有利用月壤中的硅就地建造大面积、高灵敏度的太阳能帆板，使其在月夜期间，也可以利用地球对太阳光的反射光，产生一定量的电能；再有就是在月球轨道上布局带有太阳能反射镜的月球卫星，将太阳光反射到基地的大面积太阳能帆板上进行发电。当然，如果小型安全的核能发电站能够尽快突破其关键技术，就可以更容易地解决中纬度月球基地的月夜能源需求问题。
　　至于宇航员的生活用水，似乎并不是很大的问题。因为根据地球轨道空间站发展出来的循环利用技术，水的循环利用率可以达到约90，再加上不断从地球向月球进行少量的水补给，宇航员的生活用水是可以得到满足的。
　　综上所述，除了NASA正在关注的月球南极着陆方案，在月球北纬、中纬度地区的月海中建立载人登月基地，也已受到越来越多相关机构的关注，并已开始布局多项研究。
　　伴随着各项登月计划的实施，人类在近期重返月球的目标一定会成为现实。作为中华民族伟大复兴征程中必不可少的一项举措，也是我国载人航天计划发展的必然选择，伴随着中国地球轨道空间站任务建设的完成并进入应用阶段，中国也开始论证下一阶段的载人航天任务，其中一个重要的目标就是载人登月。中国人登上月球的梦想也会在不远的未来变为现实。
　　技术创新降低成本，推动载人登月计划回归
　　为什么人类在阿波罗计划之后，就再也没有登上过月球呢？其实，最主要的问题是经费问题。在美苏太空争霸的年代，美国政府因为政治原因，在阿波罗计划中投入了大量的经费，最高峰的时候，政府预算的6。5都投到了阿波罗计划中。但是在那之后，政治上的需求就不再那么紧迫，继续登月的政治意义大大降低，美国政府也就不会再拿出那么多钱投入到太空探索的项目中了。
　　人们不禁要问，以上世纪60年代的技术能力也许人类登月需要花费巨额经费，现在的技术已经比那时先进了不知多少倍，还需要花费那么多钱吗？这就要说一下政府航天任务的特点了。政府航天任务因为花的是纳税人的钱，所以总是要确保万无一失，特别是载人航天任务，更是不能出半点儿差错。尽管这么多年过去了，但政府航天任务的这个特点一直没变。因此，虽然技术进步了，但是任务的成本并没有减少，甚至比之前还要更高了。这就是为什么50年过去了，人类一直没有再次回到月球上去。甚至当时阿波罗登月用的，人类迄今为止推力最大的火箭土星5号，都已经不复存在了。
　　但是，近年来这种情况有所改变。一方面，商业航天逐渐兴起，由于经费来源不同以及市场的推动作用，人类进入太空的成本通过技术创新和回收复用技术的发展一降再降，目前已经降到了政府航天成本的110；另一方面，欧洲、日本、中国和印度等都纷纷启动了经费体量适中的月球探测计划。特别是中国的嫦娥工程连续成功实施数次，其中有3次成功着陆，还有1次成功地将月球样品带回了地球，这些计划在不同程度上都打破了上世纪六七十年代美国和苏联对月球探测的垄断，太空竞赛的压力也迫使各国加快推动相关技术的试验与研发，间接推动了载人登月计划的实施。