人类探索深空的首发站，我们离“搬家”去月球还有多远？

上海交通大学李政道研究所李政道学者李数在浦江论坛Y-Hubs开放麦环节分享"捕捉粒子之光，点亮月之暗面"主题演讲。

"遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？"屈原《天问》中的一句话让我们看到，早在两千五百多年前，我国先贤就已开始仰望星空，思考外太空的奥秘。作为太空中距离我们最近的未解之谜，"到月球去"早已不仅是一个愿景，更是人类向深空探索必要拿下的"首发站"。

在2024浦江创新论坛首设的青年创新讲坛（Y-Hubs）上，数位青年科学家自月球起源说开去，从能源供应、传输、储存、材料获取、建筑工程等多个角度论证了"月球基地"的可实现性。或许就在不久的将来，我们有望实现如上海交通大学李政道研究所首位李政道学者李数畅想的场景：上月球"办奥运"，在只有地球六分之一重力的环境下，带着超强爆发力，突破更多人类极限。

"月球基地"并非"玩概念"

"月球不仅是夜空中引人遐思的光点，更是人类探索宇宙的第一站。它承载着科学研究、资源开发和技术验证的重要价值，为深入了解太阳系乃至更远宇宙提供了宝贵平台。"中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室主任邵宇川说。

中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室主任邵宇川以"面向月站的能源补给技术"为题进行分享。

早在2004年，中国就正式开展了月球探测工程，分为"无人月球探测""载人登月"和"建立月球基地"三个阶段。去年，中国还率先倡议并提出了国际月球科研站计划，计划2035年在月球南极地区建设和运营人类首个具有标志性的共享科研平台，携手各国开展长期的、连续的月球探测活动。

国际上，2018年，国际空间探索协调工作组（ISECG）明确了"以国际空间站为起点，向月球进发，并最终实现载人探索火星"的深空探测发展路线思路。作为首个登月的国家，美国在沉寂近半个世纪后，于2019年宣布了"阿耳忒弥斯"重返月球计划，该计划的最终目标是在月球建立长期科研基地，为未来的火星登陆任务奠定基础。2023年，俄罗斯也重启了其探月计划，计划在2031至2040年间将宇航员送上月球，并在2041至2050年间建设月球基地。印度也有在25年内发展"月球经济"，希望在月球上建立基地，用于研究和采矿的计划。

可以说，"攻略月球"并非仅仅是一个概念，而是世界主要航天国家正在努力实现的首要探测目标。

"月球基地"难点何在？

月球半径为何这么大？月球的起源是什么？为什么月球45亿年如一日，始终用同一面凝视地球？为什么月球上有比地球更古老的月壤和月岩……自伽利略首次用天文望远镜观测到月亮开始，人类对于月球的探索已有数百年之久，但月球仍有许多未解之谜。

李数认为，建立月球基地的前提是对月球这一天体有足够深刻和全面的了解，这就需要"用基础科学的光去打亮月之暗面"。据李数介绍，粒子物理中的对撞机实验或许能够复现宇宙创世历史，揭开月球演化的秘密。但当前地球上的对撞机实验室尚无法达到如此高能标的实验需求。

能源是支撑月球探索活动的命脉。由于月球几乎没有大气层，这意味着月表面临着强空间高能粒子辐射，这对月球的能源供应、能源传输、能源存储等场景提出了极高挑战。此外，月表存在大昼夜温差，在阳光直射时温度可达127℃，夜晚时温度可降至-183℃，这对能源供应的稳定性也提出了极高的要求。

如何获取物质材料也是与会科学家们共同关心的问题。若是依靠火箭从地球运输材料，成本将高达8万美元一公斤，正如上海交通大学材料科学与工程学院长聘副教授王洪泽描述的那样："每增加一千克重量，发射成本便会增长约一千克黄金的价值"。火箭载物的空间也十分有限，运输效率不高，很难承担起"造城"的任务。

与会青年科学家探讨月球基地建设可能性。

"月球基地"或许不远

所幸，针对上述难题，在场的青年科学家们给出了他们的解决方案。

若是建造一个足够大的环形对撞机，是否就能创造更高能标的实验环境，模拟出宇宙大爆炸？据李数介绍，美国杜克大学的詹姆斯·比彻姆博士已经提出了"月球对撞机计划"：环绕月球赤道建立一个实验平台，让自然弯曲的地表成为构建环形对撞机的起点。李数说，这一"科幻到近似魔幻"的设想若是实现，将帮助我们解决更多悬而未决的基础科学问题，推动探月乃至深空探索更进一步。

在能源问题上，邵宇川介绍，太阳能是目前实现难度最小、安全性高且能够满足月球基地前期需求的最佳选择。但月表环境对电池提出了"抗辐射、耐高低温、高能质比、柔性易折叠"的高要求。经过筛选，科学家发现光伏界的"种子选手"钙钛矿太阳能电池能够满足上述需求。上海交通大学溥渊未来科技学院助理教授李聪毅的研究也进一步证实了这一电池在同等辐照条件下的优越性能。

中国科学院上海应用物理研究所研究员刘瑶在浦江论坛Y-Hubs与听众互动。

有了电之后还需要传输。据介绍，邵宇川所在团队自研的激光无线传能系统已经实现了3000W的激光输出，只需完善散热系统和防辐照措施就有望在月球使用。此外，中国科学院上海应用物理研究所研究员刘瑶及其研究团队发现，碳化锂（钠）负极材料在提升锂（钠）电池的低温性能上表现突出，提供了储能的解决方案。刘瑶预测，未来月球能源网络将依靠"光伏+储能"稳定供能，并通过电解水制氢和核能构建"电、氢、氧、热、水"综合供应体系。

在基础设施建设方面，"就月取材"或许是最有效的手段之一。东华大学纤维材料改性国家重点实验室成艳华教授利用月壤作为建筑材料，并通过在砖块和混凝土中添加纤维来增强其性能。而3D打印技术的运用，则有助于实现定制化、个性化、高效率的月球建造。王洪泽研究团队研发出的蓝激光增材制造平台是国内首台2000W的蓝激光粉末沉积增材制造平台，能够显著提高铝、铜等金属的成形质量，有望应用于在月建筑打印和月球基地搭建。

　　作者：刘琦

文：刘琦 图：浦江创新论坛供图 编辑：刘琦 责任编辑：任荃

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