周一 · 知古通今| 周二 · 牧夫专栏 周三 · 太空探索 | 周四 · 观测指南 周五 · 深空探测 | 周六 · 茶余星话 | 周日 · 视频天象 作者：杨伯顺 校对：张宇辰 王靖彧 审阅：涂天宇 后台：库特莉亚芙卡 李子琦 胡永葳  月球基地设想图 Credit：NASA 21世纪20年代是一个多国竞争奔向月球的阶段。与上个世纪六十年代阿波罗登月计划不同，这次登月潮以建立永久月球基地为目标。美国“阿尔忒弥斯”计划将于2024年先将一位女航天员送到月球，实现美国人民重返月球的梦想。同时，NASA也将在月球建立基地，探索月球资源可持续利用的途经，并以此作为太阳系探索的基础。 毫无疑问，在地球和月球之间往返运输生活资料的成本过于昂贵：外卖十块钱，快递十亿元。最理想的方法是实现就地资源利用，包括燃料、工具、食物、建筑等。 水是其中最重要的资源之一。水是地球上的生命之源，也是人类地外探索的关键。在月球上，水被封锁在极地冻土层中以及永久阴影区域，要想将它们开发出来，有着很大的技术困难。 如何在月球上挖掘大量冻土、运输大量水？这与地球上的相应经验完全不同；此外，硬件设备须节能轻巧、可靠耐用，而且还要适应月球上的极端环境，如超低温、永久或接近永久黑暗、真空、月球尘土层以及低重力等。 月球“破冰”挑战 NASA“破冰”挑战招募宣传片 Credit：NASA 为此，NASA在2020年11月专门设立了一项月球“破冰”挑战，奖金共计450万美元，面向社会公开征集开发月球水源的方案。项目分为两个阶段：第一阶段（奖金为50万）从2020年11月持续到2021年8月，目标是搜集新的想法来开发一个系统架构，以支持月球极地冻土、水源的开发与运输。具备资格的参与者在2021年6月18号之前提交各自的系统架构报告、开发方案以及任务动画，这些方案需要适应月球表面挖掘任务中的各种操作与环境条件。第二阶段将在既有基础上设计、建造挖掘设备组件和/或系统，未来还将会在月球模拟环境中进行测试。 “破冰”挑战的第一阶段主要致力于集思广益，尽量多地收集来自不同团队的方案。方案主要内容要包括挖掘冻土层、运输到NASA提供的（或自己的）加工站提取水分、将水运输到储存罐以供应月球生存或其他所用。虽然并未规定要运输的水量，但NASA希望任务期间能完成10吨以上的运输量。 Redwire Space月球挖掘系统（墙裂推荐） Credit: Redwire Space NASA于8月19日公布弗洛里达州的Redwire Space赢得了第一阶段的第一名，获得12.5万美金的奖励。Redwire Space的提案中设计了一种双漫游车系统，既简洁又坚固。其中的月球冻土挖掘机(L-Rex)可以挖掘巨量冻土；而另一种名为月球运输者(L-Tran) 的多功能轻质运输车将负责部署挖掘机并运送冻土。 “破冰”任务假设场景 参与团队进行任务的假设场景为月球南极附近的永久阴影区域(PSR)及其附近。该任务区域面积为24平方千米，其中心点为南纬 89.58 度，西经 151.96 度，这里距月球南极约 11 公里。  图1：任务区域（绿线标志区域）周边，等高线为100米  图2：任务区域中的挖掘场与交付点（绿线标志）  图3：挖掘场（绿线标志）与水提取站（绿叉），等高线为2米  图4：交付点（绿线标志），等高线为2米 图1至图4，向右滑→ Credit：NASA 挖掘场：位于阴影区内，挖掘机将在此处挖掘冰层。这里面积为13.25万平方米，中心点为南纬89.67度，西经160.77度，距离交付地点3.27km。NASA的水提取站距离挖掘场中心200米，图3展示了挖掘点与水提取站的位置。 交付点：这里是任务区内一个高而平的地方，阳光量相对恒定，面积为 9.79万平方米，位于南纬89.56 度，西经144.19度，距挖掘场中心 3.27 公里。团队将在交付点开始和结束任务。图4标志了交付点位置。  理论上的月球冻土层含水量 Credit：NASA NASA为所有团队提供了以下假设资产：发电站，位于交付点中心，提供10kw电力，且不论光照条件如何都能持续供电；4km的供电范围；水提取站，着陆质量为700kg，以每小时100kg的速率输入冻土层（含水量4%的粒状冻土或含水量10%的硬质冻土），产生1吨水用电2.5kW(4%含水量冻土)或1.4kW(10%含水量冻土)。 另外，NASA在月球的环境条件、地形数据、冻土层物理性质指数等方面都作出了详细规定，详见 https://breaktheicechallenge.com/mission-scenario/ 虽然“破冰”任务尚未成为现实，但这并不是空洞的理论。在第二阶段，所有的团队、每一个参与者都会尽可能地勾勒出每一个流程、每一处技术细节，人类月球基地最早的一些设备正在他们的头脑中慢慢孕育、发展、成型。或许两三年内，便能初步展现在我们面前。 合抱之木，生于毫末；九层之台，起于累土；千里之行，始于足下。人类文明发展了几千年，月宫的传说流传了上百代，终于，到了这个时刻，我们感受到人类月球基地的概念正在愈发快地走向现实。牧夫君有信心说，我们这一代人可以见证这个历史时刻的到来。不过在那之前，祝福Redwire Space和其他入选小组们在“破冰”第二阶段一切顺利吧！ 参考资料 1.https://breaktheicechallenge.com/mission-scenario/ 2.https://www.nasa.gov/feature/nasa-awards-500000-in-break-the-ice-lunar-challenge 3.https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/g-565911_adams_cs20_factsheet1.pdf 4.https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/centennial_challenges/break-the-ice/index.html ————— END ————— 版面编排：琇 茹 责任编辑：杨伯顺 牧夫新媒体编辑部  『天文湿刻』 牧夫出品 微信公众号：astronomycn  伽利略与教士 来自网络 谢谢阅读 |
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