月球基地平面图

在月球上设计供航天员生活和室内工作的居住舱跟在地球上设计一套房子完全不同。月球上的设计受很多因素的影响，包括航天员的人数、基地的性质和任务、航天员的停留时间、月面的环境、基地的布局和选址等等。 居住舱的设计首先要考虑航天员的人数，航天员人数的多少决定了居住舱的大小，6个人住的和10个住的不一样，10和人的跟20个人的又不一样。在月球基地的初期，人数不会太多，因此居住舱比较小，随着基地的不断发展和扩大，航天员人数也越来越多，居住舱也会越来越大。停留时间也是一个重要影响因素，航天员停留几天或几周属于短暂停留，居住舱的设计就比较简单；如果停留几个月或者几年，那就是中期或者长期停留，这种情况下居住舱的设计就比较复杂。

环境跟地球环境决然不同，居住舱首先要保证航天员的安全。月面上是真空环境，沙尘很多，而且有强烈的宇宙辐射，在设计居住舱的时候要保证它的气密性，不能漏气。气密性如果不好，舱就会迅速减压，后果很严重。月面上的的沙尘很多，对人体和仪器设备都会产生不良影响，要采取有效的措施来防止沙土进入舱内。 最困难的是防辐射。在地球上，因为有大气层和地磁场的防护作用，人们一般不会受到宇宙线的照射。但是月面，没有大气层和地磁场，因此航天员在月面上活动很容易受到宇宙线的照射。月球上的宇宙线主要是太阳宇宙线、银河宇宙线和太阳风。防宇宙线的办法主要是用各种各样的防辐射屏蔽。溶洞是天然的防辐射屏蔽，如果把居住舱建在溶洞内，对于防宇宙射线是一种比较有效的措施和办法。 基地的布局主要是指基地是建在月面上还是建在月面下。如果建在月面上，居住舱的顶部必须要用很厚的月球土壤和岩石覆盖，才能防宇宙线的照射；如果是建在月面下，包括建在溶洞中和月面下的隧道内，由于自然的防宇宙线作用，可以简化居住舱的设计。基地的选址也是一个影响因素，月球两极地区的居住舱与月球赤道附近的居住舱，在设计上也有很大不同。 居住舱的结构材料和建造方式直接影响居住舱的设计，因此在设计居住舱时首先要确定居住舱使用什么样的结构材料和采用什么样的建造方式。月球居住舱的结构材料和建造方式主要有以下几种： 预制舱：在地球上预先将居住舱完成制造，发射到月面； 充气式结构：通过充气膨胀形成的居住舱，这种居住舱可以整个都是充气的，也可以部分充气。 预制的框架结构：通常是一些预制的金属管和接头，将金属管和接头的连接起来，即形成居住舱的框架结构； 帐篷式结构：即居住舱的顶部呈帐篷式，这种结构的特点是建造方便； 开凿隧道建的居住舱，在月面上开凿一条隧道，在隧道内建居住舱，在月球下面找不到溶洞的情况下可以采取这种方法； 陨石坑内的居住舱：将居住舱建在月球的陨石坑内，这种方式特别适合于月球极区建的基地； 溶洞中的居住舱：月球溶洞是火山活动的结果，在溶洞中建造居住舱可以有效防备宇宙辐射的危害； 用混凝土建的居住舱：混凝土是利用月球岩石生产的，用混凝土建居住舱的最大好处就是坚固耐用； 玄武岩居住舱：将月球玄武岩经加工制成各种建筑材料，用这种建筑材料建成居住舱； 用玻璃纤维增强复合材料制成的居住舱：这种玻璃纤维增强复合材料是由月球工厂生产的； 金属居住舱：从月球矿石中提炼出铝、铁和钛等金属，然后制成建筑材料，再用这些材料建造居住舱。

基地由6个居住舱组成，居住舱呈大圆筒形，长10米，直径4.5米，两个居住舱前后相接，形成一组，共组成3个组，排成一排，借助舱下面的支架安放在月面上。舱的顶部用一层厚的月球土壤覆盖，以防宇宙线的照射。由于覆盖层比较厚重，不能直接压在居住舱的顶部，因此必需在居住舱的上方用金属支柱、支架、和横梁搭建一个巨大的顶蓬，用以支撑覆盖层的重量。由于该基地主要是从事科学研究，因此共有6名航天员，这3组居住舱中一组作航天员生活起居用，一组作月球实验室，还有一组作为后勤保障。这种居住舱是在地球上预先制造好的，用航天飞机运送到地球轨道上，再用大型货运飞船运送到月面上。 这个设计方案后来有人又作了改进，主要是将覆盖层和顶蓬改用混凝土制作，混凝土是在月球上用岩石生产出来的，另外将大圆筒式的金属居住舱改成充气式结构，居住舱的大小和形状取决于混凝土结构下面所留的空间。这种改进的目的主要是将月球基地建成一个供航天员永久性居住的场所，同时使居住舱的运输问题大为简化并使运输费用大幅降低。 月球基地居住舱：

充气式大圆球居住舱 ：

基地的居住舱是一个直径16米的大圆球，可供12名航天员在里面生活和工作，舱内总容积为2145立方米，可供使用的面积为742平方米。整个居住舱是一个可充气的结构。

舱壁分两层：里层是一种多层不透气的气囊结构，气囊内可以充气；外层为涂有防热涂料的高强度材料。外层的外面用1米厚的月球土壤覆盖住，作为防辐射屏蔽层。整个舱壁结构和防辐射屏蔽层由六根中心金属柱子和六根周边金属肋支撑。

居住舱从下到上分为5层： 最底层为一层，该层一部分安装环控生保系统，一部分作为基地的储藏室； 第二层为基地实验区； 第三层为基地控制区，与气闸舱相通；第四层是航天员工作区； 第五层是最上层，为航天员生活区。在居住舱的外边还有一个货物进出站，由加压管道与居住舱相通，是仪器设备进出居住舱的通道。

圆筒形居住舱的直径为8米，长44米，内部空间2145立方米，可供使用的面积为547平方米，能容纳12名航天员在里面生活和工作。支持结构由内部地板、拱形支架和外部结构组成。

支持结构顾名思义，是对充气式居住舱的内部设备、家具和航天员起支撑作用，此外在压力丧失的情况下还可以起保护作用。居住舱的舱壁也是用多层不透气的气囊和涂有防热涂料的高强度材料制成的。

永久性月球基地的居住舱 永久性月球基地有12名航天员，包括飞船的着陆和起飞设备、太阳能发电站、月球开矿设备、航天员居住舱和实验室、核电站和月球天文台。航天员的居住舱和实验室一种由五层结构组成的复合体，其中第一层在月面上，其余4层在月面下。第一层是航天员出舱活动设备层，由两部分组成，里面包括气闸舱、月球服的维修、保养和储存设备。这一层的顶部覆盖有防辐射的月球土壤。第二层不是一层建筑结构，而是一个竖井状通道，竖井上连接第一层，竖井下连接第三层，竖井中安装有电梯，供航天员进出各楼层时使用。第三层和第四层安装在月球溶洞内，两层紧连在一起，是航天员的居住舱和实验室。这两层开始是充气结构，成型以后被固化，最后成为永久性结构。第五层是最底层，也在溶洞内，主要用于安装基地的环控生保系统和其他设备。 月球核电站：

月球上有些地方的黑夜可以持续334个小时，而月球南极更是长夜漫漫，在那里太阳从来没有升高过。而月球核裂变电站系统将可以为这些月球区域提供可靠的电力供应，不需使用太阳能。 此月球核电站系统将在核子裂变的通用法则上实施，但得有几个方面的改进以适应太空环境。此系统将在反应堆中分裂铀原子以产生热量，之后再利用这些热量来发电。 月面基地区： 介绍：月球基地――生活区 1969年7月20日是值得人类永远纪念的日子。这一天，美国阿波罗11号宇宙飞船载着宇航员首次登上人类梦寐以求的月球，宇航员尼尔阿姆斯特朗第一个人类的足迹印在月球上，并且意味深长地说：对一个人来说，这是一小步；但对人类来说，这是跨了一大步。的确，美国宇航员登月的创举，为人类探索迷人的月球揭开了崭新的一页。从那时起，各国科学家更是为未来的月球生活展开了积极的研究。地球人登上月球后，必须首先开辟生活基地。太空开发专家估计，20世纪初将出现最初步的基地。它的直径为6米，长为15米，可以供6-8人居住。以后，月球基地将扩大到可以供给8-32人居住；随着登月人员的增多，月球基地将进一步扩大到能容纳125人 。最初登上月球的人，为建造更大的月球生活基地做准备。当登月移民达到上百人后，便逐步形成工业生产系统了。怎样在月球上建设生活基地呢？日本科学家提出了两种施工方案。一种是巢穴法， 就是在月球表面挖掘一条大约5米的沟，里面置放一个直径3米的圆筒形电动加热器。在沟的上面覆盖上大约2米厚的砂子，砂子加热到摄氏1200度左右，便会熔化，成为 像玻璃那样的液体，等冷却以后，这种玻璃液就会形成一层数厘米厚的壳，盖在沟上，沟下面可以供给地球移民居住。随着月球生活基地的扩大和来自地球移民的增多，最后将建设起月球城。日本大 林建筑公司已经设计出在月球上建设城市的方案。那是利用分布在月球表面许多巨大的火山口建造的宇宙住宅，它们好象一个个金色的小圆球，簇拥着一幢向前延伸的巨型旅馆的螺旋形大厦，总共可容纳大约10万人住在里面舒适地生活。月球城内 将划分为生活区、工业区、农业区，里面也有地球上的山脉、河流、森林等不同环境，上面还将有各种生物，使原来沉寂凄凉的广寒宫充满生机。奇妙的是，这个月球城每隔一两分钟便自转一周，使生活区中产生与地球上一样的重力。这样，那里面的一切都将和地球上的一样。据科学家说，这座令人神往的月球城可以指望它在2050年建成。从科学家们的种种设想、作用，我们可以发现，未来的月球生活是多么诱人啊！ 月球基地――采矿区 开采月球的几点原因 （1）大量研究表明，月球有丰富的矿产资源。月球虽然环境恶劣，但也有独特的优点：引力很小，在那里建造发射场向空间发射载荷成本很低；没有大气，在那里建造天文台能看得更远、更清楚；在那里建造太阳能发电站效率高；月球有丰富的矿藏，能造福人类……总之，月球有巨大的开发价值 （2）首次在月球上发现有冰存在。这对于建立月球基地有极重要的意义。1998年1月6日，美国又发射“月球勘探者”探测器。美国宇航局公布探测结果时说：月球表面南北两极有大量的冰，贮量可能高达60亿吨，在极区甚至有冰湖存在。这个探测结果可信度很高，令科学家激动不已。 （3）月球南极有一些区域接近于在太阳的永久照射之下。沙克尔顿环形山的边缘是一个特别令人感兴趣的区域，因为它有80%的时间处于阳光的照射之下。距离这个区域只有10公里的位置还有两个区域，总共有98%的时间处于阳光的照射之下。距离此处不远的环形山内部是一些永久性阴影区，那里储存的冰因为没有受到阳光的照射而不会融化。 （4）这里是建立第一个月球基地的理想区域。可以把生产电力的太阳能阵列放置在阳光充足的区域，并通过微波或电缆与之相连。这样，位于沙克尔顿环形山边缘的区域就可以得到近乎源源不断的太阳能供应，而且能够很容易获取月球储存的冰资源。月球的北极比南极较为平坦，但是初步估计结果显示，那里在面积达1.3万平方公里的永久性阴影区。 采矿区的计划 1、科研人员利用扫描电子显微镜和光谱仪分析研究了以超薄形状作为被研究样本的月球土壤。这种分析方法能够区分大小。 2、在100纳米范围内的月球土壤金属粒子。研究发现，月球土壤中含有铁、银、金、铅、钼和非规则的金锌含铜粒子，还有含有锡和铜的两种金属锑粒子和铼粒子。铁是月球土壤中含量最多的元素，铼粒子的大小达到了10微米。科学家还发现，钼元素是月球上固有的，而不是以前认为的来自地球宇航设备。另外，科研人员首次在月球土壤中发现了由镉、锌、铁、锰和硫组成的硫镉矿，还找到了含有铜的硫化金和在地球上没有的碘化铑。但科研人员在月球土壤中既没有发现铂，也没有发现钯元素。 科研人员对所发现的金属元素的形成进行了分析，认为金锌含铜粒子可能是在月球玄武岩岩浆形成的早期阶段产生的，然后在火山的爆发下被带出到月球表面；而银、金、铅、锡和锑也是火山活动的结果；铼是月球土壤中固有的，而不是以前认为的来自陨石；硫镉矿和钼可能是在裂缝岩石中低温环境下由气相形成的。 3 、 中国的月球卫星上将安装成像光谱仪等仪器，获取月面三维影像，制作出高精度、大比例尺、立体的月球地图。 美国曾经对月球上的铀、钾等5种资源进行勘探， 而我国将勘探14种资源在月球的详细分布。 4、中国探月计划中精彩的一节就是，月球探测器在月球上软着陆，同时派出月球车巡视探测。探测地点将根据第一阶段月球卫星拍回的精密“地图”来圈定，精细探测对象是着陆区的土壤、岩石、环境，这将为建设月基天文台，进一步开展月球研究打好基础。 中国的月球卫星上将安装成像光谱仪等仪器，获取月面三维影像，制作出高精度、大比例尺、立体的月球地图。美国曾经对月球上的铀、钾等5种资源进行勘探，而我国将勘探14种资源在月球的详细分布。 月球基地――科研区 科研区的计划 1、 重点为月球三维影像分析、月球有用元素和物质类型的全球含量与分布特点、月壤厚度探查以及地月空间环境探测。在 工程上的核心是实现从地球走向月球。充分利用我国现有成 熟航天技术，研制和发射月球探测卫星，突破地月飞行、远 距离测控和通信、绕月飞行、月球遥测与分析等技术，并建 立我国月球探测航天工程初步系统。 2、 建立天然实验室与特殊材料生产基地 由于月球的特殊地理结构和独特的自然环境，使许多在地球上无法进行的研究与实验可以在月球上顺利完成，这对医学研究和植物栽培将起到意想不到的促进作用 3、理想的对天观测和对地监测站 月球没有大气（或极为稀薄），而且夜间的温度低而稳定，这对提高和扩大天文观测的精度和范围都非常有利。由于月球稳定的构造特点以及月球自转与公转周期相同等因素，在月面上可以持续进行14个地球日的夜间观测。因此，在月面建立观察网不但可以进行全方位持续的天文观测，同时可以对地球的地质构造及环境变化进行监测与研究，特别是对近地空间乃至深空小天体对地球可能构成的威胁进行监测。一旦发现有小天体（如陨石、彗星等）向地球方向运行并可能撞击地球时，可及时利用激光或其它武器予以摧毁或改变其运行方向，从而起到保护人类的作用。未来人类通过在月球上建立科研基地进行天文学、 空间科学、地球科学、生命科学与材料科学 等的研究，有助于人类更好地了解月球、地球 和太阳系起源和演化等问题。 4、在月球上找到行星形成及发展演变的线索和地球早期历史的相关信息 月球还是一个天然的空间站。近来人们对月球的研究兴趣日益浓厚，美国航空航天局(NASA)已经制定了利用机器人对月球进行探测的计划，预计相关项目将于2009年开始实施。 5、除了科研和商业用途之外，月球探索计划还有军事用途。美国几家国防单位，例如国防先进研究项目局和海军研究实验室均在研制用于月球探索的新技术，国防部也在研发利用微型军用卫星对月球加以分析的相关技术。美国空间司令部负责太空行动的负责人、空军准将西蒙-沃登表示，美军将在未来几年之内对准月球发射几枚小型军用卫星。NASA下属的月球探测部门还表示，将利用现有能力和技术在月球与地球之间建立一个名为L1的集结点，这个集结点受到的月球和地球引力可以保持均衡，从而有利于在围绕地球运行的空间站与月球之间建立联系。 月球基地――太阳能发电站 研究表明，大约50年后，人类目前广泛使用的传统能源煤、石油和天然气将面临严重短缺的局面。严峻的能源危机迫使人类将目光转向浩瀚的宇宙，而月球是人类寻找地球以外能源的首选目标。解决能源危机困难重重 目前，科学家正在努力寻找解决能源危机的办法，而月球以其独特的环境特征、巨大的能源储库，自然成为人类寻找地外能源的首选目标。 本来，科学家一直将希望寄托在太阳能和核反应堆上（包括核裂变发电和核聚变发电）。然而，浓密的地球大气层致使在地球上利用太阳能有许多不稳定因素；利用核裂变反应获得电力的方法往往产生大量放射性废料，容易造成严重的环境污染。而目前正加速发展的利用氘和氚热核聚变反应堆生产能源的方法，同样因形成强大的中子辐射而存在放射性问题。 在月球上建太阳能发电厂 由于月球表面几乎没有大气，太阳辐射可以长驱直入。计算表明，每年到达月球范围内的太阳光辐射能量大约为12万亿千瓦，相当于目前地球上一年消耗的各种能源所产生的总能量的2.5万倍。按太阳能能量密度为1.353千瓦/平方米计算，假设在月球上使用目前光电转化率为20％的太阳能发电装置，则每平方米太阳能电池每小时可发电2.7千瓦时，若采用1000平方米的电池，则每小时可产生2700千瓦时的电能。 由于月球自转周期恰好与其绕地球公转周期的时间相等，所以月球的白天是14天半，晚上也是14天半，一天相当于地球一个月的长度，这样它就可以获得更多的太阳能。科学家认为，如果在月球表面建立全球性的并联式太阳能发电厂，就可以获得极其丰富而稳定的太阳能，这不但解决了未来月球基地的能源供应问题，而且随着人类空间转换装置技术和地面接收技术的发展与完善，还可以用微波传输太阳能，为地球提供源源不断的能源。 月壤中富含氦―3 现实可行的解决未来能源问题的途径是建造和使用氦―3同位素（3He）的热核反应堆，这种反应堆没有中子辐射，不会造成环境危害。但遗憾的是地球上3He储量极为有限，地球天然气中理论上的总含量仅为10―15吨，而月壤中富含3He。 除了极少数非常陡峭的撞击坑和火山通道的峭壁可能有裸露的岩石外，整个月球表面都被月壤覆盖，在月海区平均厚约5米，月陆区厚约10米。这些土壤长期接受太阳的照射，富集由太阳风粒子直接注入的挥发性化学元素和同位素，在这些稀有气体中就有大量的3He。据估算，月壤中3He的资源总量可达100万―500万吨。3He是一种清洁、安全和高效的核聚变发电的燃料。据专家计算，如果采用D―3He（氘和3He进行核聚变反应产生电能）核聚变发电，美国年发电总量仅需消耗25吨3He；中国1992年的年发电总量只需8吨3He，全世界一年有100吨3He就够了。以目前全球电价和空间运输成本算，1吨3He的价值约40亿美元，而且随着空间技术发展，空间运输成本肯定将大大下降。最近法国科学家宣布，2030年将使利用3He进行核聚变发电商业化。这样，开发利用月壤中的3He将是解决人类能源危机的极具潜力的途径之一。 终于弄好了，不容易啊・・・

建造月球基地与建造太空城市一样，对于普通人来说是一件不可思议的神奇事儿。但这件神奇的事儿却早已明确摆在了科学家面前，他们不仅对之进行了长期探索，而且正在准备进行具体实施。

美国是最先决定创建月球基地的国家。据报道美国已决定耗资1000亿美元，建立临时月球太空城。这一计划将分阶段进行。最初建立临时基地，人数从十几人逐步增加到数十人，他们将在月球进行矿物开采和冶炼试验，并为建造永久基地做准备。2007年建成中小型永久基地，人数增加到百余人，逐步形成从开采、冶炼到运输的整套生产系统。最后是在月球上建成一个可以容纳千人的月球城，各种类型的生产、生活、娱乐设施日趋完备，物资自给自足有余，还可以“出口”地球。

美国的这一月球基地蓝图，占地8000平方米，是一座圆形3层建筑物，直径64米，每层高4.5米。屋顶由混凝土建造，再覆以月球土，厚0.7～2.5米。墙壁分内外两部分，外墙6层，厚1.4米，内墙厚2.5米，内外墙中间夹0.7米厚的月球土，主要用于防宇宙射线、太阳风，以及陨石的撞击。另外建筑物中间还有一个圆形防空洞，一旦建筑物受损，大气外泄，人可以躲入其中避难。

与此同时，日本由未来工程学研究所牵头，召集能代表日本水平的大学、研究所以及20多家企业的技术专家，成立了“月球基地与月球资源开发研究会”，也提出了一份月球基地的建设蓝图。这一蓝图计划分为5个阶段实施。第一阶段从本世纪末到下世纪初，主要对月球进行调查探测，用机器人为基地选址，绘出月球资源分布图。第二阶段从2004年开始，建设可供6～8人居住的直径为6米、长为11米的基地，人们可以不定期地在这里工作，时间为几天到几周。2010～2020年为第三阶段，基地扩大到可供8～32人居住，建成可防止阳光强烈辐射的保护装置，工作人员可在这里连续工作3～12个月。2020～2030年为第四阶段，基地进一步扩大，工作人员增至64～125人，居住时间长达1～5年，逐步解决氧气自给问题和农场建设问题。2030年以后进入第五阶段，基地做到完全自给自足，开始进行能源生产，月球和地球之间开辟定期航线，使月球基地成为人类在地球以外建立的第一个真正的太空居民点。

人类要在月球表面正常生活居住，首先离不开必不可少的淡水和氧气，而月球上既没有水又没有空气。这怎么办呢？科学家发现月球的沙土含有很多的氧，他们便提出了用月球沙土制造淡水和氧气的设想。这一设想是先用铲车自动挖掘月面的沙土，从中选出含氧的铁矿物，然后用氢使含氧铁矿物还原，便可制得淡水了。有了水，通电使水电解，得到的是氧气和氢气。氧气经液化贮存，随时可向基地居民供应。最初用作还原剂的氢可以从地球上运来，生产开始后电解水获得的氢即可循环使用。据估计，190吨月球沙土含有15～16吨含氧铁矿物，可制得1吨氧气。而1年只需要生产1吨氧便可维持月球上10人生存的需要。

其次，人类要在月球自给自足系统中生活，还必须保证食物供应。食物从哪里来呢？近几年来，科学家在太空站上进行了大量的生物实验，先后培育出了100多种“太空植物”，其中包括小麦、玉米、燕麦、大豆、西红柿、萝卜、卷心菜、甜菜等。而且证明在太空失重条件下，在月球土壤中植物种子发芽率更高，生长更快，开花或抽穗时间更早。科学家还对一些动物进行了试验，证明失重状态不会影响新生命的诞生。在太空站里，果蝇能像在地球上一样交配、产卵、繁殖后代；蜜蜂会筑巢，蜂王照样生儿育女。送上飞船的60只鹌鹑蛋，返回地面后仍能孵化出小鹌鹑。在飞船上搁置了59天的鱼卵，回到地面全都顺利地孵出了鱼苗。哺乳动物也不例外，雌鼠、雄鼠放在笼子里送上太空，照样合欢同居，雌鼠照样受孕怀胎，回到地面后产下了第一代“太空鼠”。因而只要在月球上建立起月球农业和养殖业基地，月球上人的食物来源是有充分保障的。

第三是月球基地的能源供应更不成问题。因为月球上无风无雨，晴朗无阴，终日有阳光照射，而且没有大气吸收，太阳的辐射强度大约是地球上的1.5倍。因此，月球上完全可以利用太阳能来照明、供热、采暖、发电。当然，必要时还可以在月球上建立核电站，以保证基地能源的充足供应。

参考资料：

以下图片，由实验建筑公司“Architecture and Vision”设计，这是提供给宇航员可以长期居住的场所。 充气膜结构所具有的轻质、高强特点,使之应用于月球基地成为可能.在分析月球上膜结构的特点基础上,用ANSYS软件建模,对构想的几种球冠型充气膜结构(包括无加强索模型、有加强索模型及有底模型)进行了初始找形分析和荷载分析,并就模型的半径、加强索的数量和截面积等参数对膜材内力的影响进行了讨论,从力学角度对月球上的充气膜结构进行了有益的探讨.

这是月球表面太阳能运用图

美国航天局月球基地图

这个网站也有一些图，和文字说明，你也可以看一下

news.bbc.co.uk/1/hi/6210154.stm

中国月球基地

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