正文 第253章 登月
，也可以采用太阳能供电，在长达半个月的黑暗期依靠电池或燃料电池供电。但由于月球上没有空气阻力且引力较小，可移动基地也成为了一种可能的选择。
此外，在月球上建造高塔并非难事，因为月球上没有风，引力也同样很小，而且建筑越高，在月球的白天能接收到的光照就越多，因为地平线的遮挡会更少。如果将太阳能装置建在月球极地地区，比如沙克尔顿陨石坑，这些地方有80甚至90的时间都能被阳光照射到。
既然在探讨月球基地时，极地地区会被频繁提及，我就再详细解释一下。我们都知道地球上的极昼现象，地球两极附近的地区会有长达数月的极昼或极夜。我们也经常提到月球的极地基地，以及那些光照时间更长的区域。月球极地地区不仅光照条件特殊，我们还预计在这些区域能找到更多的冰，极地的环形山内部也有冰存在。冰的存在至关重要，因为我们在月球上需要水。月球的极地和赤道附近，都有光照时间极长或极短的区域，但原因与地球并不相同。
在地球上，地球自转轴相对于太阳的倾斜，导致高纬度地区会在数月内始终朝向太阳，或始终背向太阳。但月球的自转轴相对于太阳几乎没有倾斜，这并非月球存在长时间光照或黑暗区域的原因。有一个概念叫做“永久光照峰”，指的是在围绕恒星旋转的天体上，某个位置可能始终或几乎始终被阳光照射。这与我们几个月前探讨过的潮汐锁定行星不同，潮汐锁定的行星始终是一面朝向恒星，另一面永远处于黑暗之中。
这里还要说明一点，月球并不存在“暗面”，因为月球是被地球潮汐锁定的，而非被太阳潮汐锁定。月球的一天和一年时长相同，都是大约一个地球月。但月球上确实有一些区域有80甚至90的时间都能被阳光照射到，造成这种现象的原因并非自转轴倾斜或轨道运行模式，而是因为月球的体积比地球小得多，地平线也离得更近，而且月球上没有风或潮汐侵蚀环形山。
一座一英里高的山峰，在月球上会比在地球上显得更加突出，而位置越高，各个方向的地平线就越远。在地球上，如果你爬到高楼、山丘或山峰的顶端，而你的朋友留在旁边的地面上，你能看到的地平线会比他更远，所以你会比他更早看到日出，更晚看到日落，你的白天时长也会更长。我们把这个简单的现象放在山峰上看：当昼夜分界线扫过月球表面时，会先到达山峰的最高点，而当太阳落下时，山峰的最高点会最后失去光照。山峰越高，各个方向的地平线就越远，这种现象就越明显。
这种现象在月球上会更加显著，因为月球的直径远小于地球，所以一英里高的物体在月球上会显得更加突出。同理，如果你身处山谷中，日出会更晚，日落会更早；如果你身处山峰顶端，而山峰东西两侧各有一个大型山谷，这些山谷的位置原本是平坦地形下的地平线，那么你看到的日出会更早，日落会更晚。同样的道理，如果你身处月球上的一个深陨石坑中，周围是高大的陨石坑壁，那么你能接收到的光照会非常少，甚至比地球上的山谷还要少，因为月球上没有大气层，无法从其他方向散射和反射光线。
这种现象在月球极地地区会变得更加明显，因为从天体自转轴的旋转距离来看，极地地区的直径更小，而这正是遮挡光线的关键因素。大家可以看看这些位于同一经度、不同纬度的相同山峰，观察昼夜分界线扫过它们的过程，就能发现，赤道附近的山峰会更快陷入黑暗。
因此，我们对月球极地基地的兴趣由来已久，因为这些区域有光照时间极长的地点，而且这些地点往往紧邻着永久阴影区。月球极地的永久阴影区是寻找冰的绝佳位置，巧合的是，这些区域的氦-3储量也预计会更高。因此，将极地基地建在大型陨石坑内是一个不错的选择，因为基地附近既有适合安装太阳能板的最佳位置，能让太阳能板大部分时间都处于工作状态，也有能找到更多水冰的黑暗区域。
同样，由于月球引力微弱且没有风，我们可以建造非常高大但结构相对简易的塔，在塔顶安装太阳能板，进一步延长光照时间，甚至可以只在塔顶安排人员值守。即便如此，我们依然需要电池或燃料电池，但使用的时间会大幅缩短。
我们也可以通过其他方式解决光照问题，比如使用能量卫星将能量传输到基地。这些卫星主要由抛物面反光镜和姿态控制系统组成，在月球本地建造后发射非常容易，这一点我们稍后会详细探讨。通过这些卫星，我们可以让某个区域始终保持明亮，也可以通过激光或微波将能量传输到接收器。月球的体积并不大，而且地表荒凉，所以我们甚至可以直接在月球表面铺设电缆，或者建造几座太阳能塔，将能量传输到其他处于阴影中的塔。
在月球上，塔可以建得非常高，因为没有风的影响，而且微弱的引力对建筑材料的压力也更小。但建造高塔并非唯一的选择，我们还可以利用材料的抗拉强度，这就是太空电梯的基本原理。
虽然我们目前还没有能大规模生产、强度足够支撑地球太空电梯的材料，但在月球上，我们有能力建造太空电梯。月球太空电梯的设计有些特殊，它的长度必须比地球太空电梯更长，而且为了保持稳定，只能朝向两个方向。因为地球对月球轨道的影响，远大于月球对地球轨道的影响，所以第一个稳定的方向是正对着地球，第二个则是正背向地球，不过这已经足够了。
朝向地球的太空电梯，其对接端口的长度需要达到35000英里，背向地球的太空电梯，对接端口的长度则需要略超过40000英里，而地球太空电梯的长度仅为22000英里。造成这种差异的原因是，尽管月球的引力更小，但自转速度也慢得多。火星的太空电梯会更短，因为火星的一天时长与地球相近，而引力却小得多。但月球的引力非常微弱，我们并不需要使用超高强度的材料来建造太空电梯，就像在月球上能轻松建造高塔一样，因为没有风的阻碍，引力的影响也很小。
在月球上建造太空电梯，比在地球上容易得多，这也让月球成为了为地球周边太空产业采矿和提供燃料的更佳选择。但每一座太空电梯的末端都需要一个配重，我们通常会设想用拖入轨道的小行星，或者在月球上建造的大型对接设施来充当配重，配重可以是多个模块化的舱室或港口。幸运的是，太空电梯的顶端始终处于阳光照射之下，即便其中一座月球太空电梯暂时处于阴影中，月球另一侧的另一座也会处于阳光中，我们可以将光线从配重处反射到基地，或者将能量以光束的形式传输到基地，甚至可以将能量传输到同一半球的任何位置。
因此，两座太空电梯就足以让月球的任何区域都获得光照和能量。月球太空电梯确实是一个绝妙的想法，其附带的能量和光照优势让它更具吸引力，但从实际角度来看，地面太阳能装置搭配电池或燃料电池，或者直接建造核电站，可能是更实用的选择。
此外，尽管在月球上建造太空电梯要容易得多，但它的实用性却远不如地球太空电梯。我们之前探讨过质量加速器、太空炮和发射环，在地球上使用这些设备发射飞行器的一大难题是，需要建造非常长的轨道，才能让飞行器达到脱离地球引力的速度，同时还要保证加速度足够低，不会让人类乘客受到致命伤害。而且，我们还需要将轨道隧道抽成真空，避免空气阻力，还要将太空炮的炮口延伸到大气层之外，这让整个项目的可行性大打折扣。
但在月球上，这些问题都不存在：月球上没有大气层，逃逸速度仅为地球的五分之一多一点，这意味着飞行器脱离月球引力所需的能量仅为地球的4到5，轨道的长度也可以大幅缩短，而且我们无需将炮口架高到大气层之上，因为月球根本没有大气层。
在地球上，要让飞行器以1个重力加速度加速到地球的逃逸速度，需要近20分钟的加速时间，轨道长度更是达到4000英里，轨道塔的高度要远超我们现有的所有摩天大楼，而且整个轨道必须是密封的真空隧道。而在月球上，以1个重力加速度加速到月球的逃逸速度，所需的轨道长度甚至不到200英里，轨道可以像普通的铁轨一样建造。
尽管在月球上建造高塔比在地球上容易得多，但在月球上我们根本不需要高塔，因为没有空气会进入轨道隧道，也不存在空气阻力和升力的影响。此外，轨道的长度与加速度成反比，所以如果我们不介意让人类乘客承受4个重力加速度的过载，那么仅需一分多钟的加速时间，轨道长度只需50英里即可；如果只是发射原材料或结构相对坚固的人造物品，那么即便是100个重力加速度的过载也完全可以承受，轨道长度仅需两英里。
说实话，像铁这样的原材料，甚至可以承受10000个重力加速度以上的过载，这相当于步枪子弹发射时的加速度，对应的轨道长度仅需100英尺。因此，即便我们有能力建造月球太空电梯，也可能不会这么做，因为太空炮的实用性要高得多，而且也更容易做好防护，抵御微陨石和太阳辐射的侵袭——这两者都是月球上的严重威胁。
我们甚至可以从月球直接向火星发射飞行器，尽管仍需要火箭燃料，但所需的燃料量会大幅减少，而且我们可以在月球上提炼燃料。正如之前提到的，月球表岩屑中含有大量的氧、铝和镁，液氧与铝或镁混合，是一种相当不错的火箭燃料，铝粉和液氧制成的单组元凝胶推进剂，前景也非常广阔。
我们探讨过从岩石中提取氧气的方法，这里简单总结一下：我们可以利用月球本地的材料，建造大片的太阳能熔炉和蒸馏装置来生产这种燃料，这些燃料也可以在月球的黑暗期为月球基地供能。飞行器可以通过质量加速器获得初速度，从月球出发前往火星或小行星，然后依靠燃料进一步加速，在抵达目的地时再利用燃料减速，我们也可以将这些燃料运输到其他地方。
事实上，一旦相关的基础设施建成，将燃料从月球运输到地球轨道的空间站，为从地球轨道出发的飞行器补充燃料，可能比从地球向轨道运输燃料更划算。具体哪种方式更优，取决于月球燃
此外，在月球上建造高塔并非难事，因为月球上没有风，引力也同样很小，而且建筑越高，在月球的白天能接收到的光照就越多，因为地平线的遮挡会更少。如果将太阳能装置建在月球极地地区，比如沙克尔顿陨石坑，这些地方有80甚至90的时间都能被阳光照射到。
既然在探讨月球基地时，极地地区会被频繁提及，我就再详细解释一下。我们都知道地球上的极昼现象，地球两极附近的地区会有长达数月的极昼或极夜。我们也经常提到月球的极地基地，以及那些光照时间更长的区域。月球极地地区不仅光照条件特殊，我们还预计在这些区域能找到更多的冰，极地的环形山内部也有冰存在。冰的存在至关重要，因为我们在月球上需要水。月球的极地和赤道附近，都有光照时间极长或极短的区域，但原因与地球并不相同。
在地球上，地球自转轴相对于太阳的倾斜，导致高纬度地区会在数月内始终朝向太阳，或始终背向太阳。但月球的自转轴相对于太阳几乎没有倾斜，这并非月球存在长时间光照或黑暗区域的原因。有一个概念叫做“永久光照峰”，指的是在围绕恒星旋转的天体上，某个位置可能始终或几乎始终被阳光照射。这与我们几个月前探讨过的潮汐锁定行星不同，潮汐锁定的行星始终是一面朝向恒星，另一面永远处于黑暗之中。
这里还要说明一点，月球并不存在“暗面”，因为月球是被地球潮汐锁定的，而非被太阳潮汐锁定。月球的一天和一年时长相同，都是大约一个地球月。但月球上确实有一些区域有80甚至90的时间都能被阳光照射到，造成这种现象的原因并非自转轴倾斜或轨道运行模式，而是因为月球的体积比地球小得多，地平线也离得更近，而且月球上没有风或潮汐侵蚀环形山。
一座一英里高的山峰，在月球上会比在地球上显得更加突出，而位置越高，各个方向的地平线就越远。在地球上，如果你爬到高楼、山丘或山峰的顶端，而你的朋友留在旁边的地面上，你能看到的地平线会比他更远，所以你会比他更早看到日出，更晚看到日落，你的白天时长也会更长。我们把这个简单的现象放在山峰上看：当昼夜分界线扫过月球表面时，会先到达山峰的最高点，而当太阳落下时，山峰的最高点会最后失去光照。山峰越高，各个方向的地平线就越远，这种现象就越明显。
这种现象在月球上会更加显著，因为月球的直径远小于地球，所以一英里高的物体在月球上会显得更加突出。同理，如果你身处山谷中，日出会更晚，日落会更早；如果你身处山峰顶端，而山峰东西两侧各有一个大型山谷，这些山谷的位置原本是平坦地形下的地平线，那么你看到的日出会更早，日落会更晚。同样的道理，如果你身处月球上的一个深陨石坑中，周围是高大的陨石坑壁，那么你能接收到的光照会非常少，甚至比地球上的山谷还要少，因为月球上没有大气层，无法从其他方向散射和反射光线。
这种现象在月球极地地区会变得更加明显，因为从天体自转轴的旋转距离来看，极地地区的直径更小，而这正是遮挡光线的关键因素。大家可以看看这些位于同一经度、不同纬度的相同山峰，观察昼夜分界线扫过它们的过程，就能发现，赤道附近的山峰会更快陷入黑暗。
因此，我们对月球极地基地的兴趣由来已久，因为这些区域有光照时间极长的地点，而且这些地点往往紧邻着永久阴影区。月球极地的永久阴影区是寻找冰的绝佳位置，巧合的是，这些区域的氦-3储量也预计会更高。因此，将极地基地建在大型陨石坑内是一个不错的选择，因为基地附近既有适合安装太阳能板的最佳位置，能让太阳能板大部分时间都处于工作状态，也有能找到更多水冰的黑暗区域。
同样，由于月球引力微弱且没有风，我们可以建造非常高大但结构相对简易的塔，在塔顶安装太阳能板，进一步延长光照时间，甚至可以只在塔顶安排人员值守。即便如此，我们依然需要电池或燃料电池，但使用的时间会大幅缩短。
我们也可以通过其他方式解决光照问题，比如使用能量卫星将能量传输到基地。这些卫星主要由抛物面反光镜和姿态控制系统组成，在月球本地建造后发射非常容易，这一点我们稍后会详细探讨。通过这些卫星，我们可以让某个区域始终保持明亮，也可以通过激光或微波将能量传输到接收器。月球的体积并不大，而且地表荒凉，所以我们甚至可以直接在月球表面铺设电缆，或者建造几座太阳能塔，将能量传输到其他处于阴影中的塔。
在月球上，塔可以建得非常高，因为没有风的影响，而且微弱的引力对建筑材料的压力也更小。但建造高塔并非唯一的选择，我们还可以利用材料的抗拉强度，这就是太空电梯的基本原理。
虽然我们目前还没有能大规模生产、强度足够支撑地球太空电梯的材料，但在月球上，我们有能力建造太空电梯。月球太空电梯的设计有些特殊，它的长度必须比地球太空电梯更长，而且为了保持稳定，只能朝向两个方向。因为地球对月球轨道的影响，远大于月球对地球轨道的影响，所以第一个稳定的方向是正对着地球，第二个则是正背向地球，不过这已经足够了。
朝向地球的太空电梯，其对接端口的长度需要达到35000英里，背向地球的太空电梯，对接端口的长度则需要略超过40000英里，而地球太空电梯的长度仅为22000英里。造成这种差异的原因是，尽管月球的引力更小，但自转速度也慢得多。火星的太空电梯会更短，因为火星的一天时长与地球相近，而引力却小得多。但月球的引力非常微弱，我们并不需要使用超高强度的材料来建造太空电梯，就像在月球上能轻松建造高塔一样，因为没有风的阻碍，引力的影响也很小。
在月球上建造太空电梯，比在地球上容易得多，这也让月球成为了为地球周边太空产业采矿和提供燃料的更佳选择。但每一座太空电梯的末端都需要一个配重，我们通常会设想用拖入轨道的小行星，或者在月球上建造的大型对接设施来充当配重，配重可以是多个模块化的舱室或港口。幸运的是，太空电梯的顶端始终处于阳光照射之下，即便其中一座月球太空电梯暂时处于阴影中，月球另一侧的另一座也会处于阳光中，我们可以将光线从配重处反射到基地，或者将能量以光束的形式传输到基地，甚至可以将能量传输到同一半球的任何位置。
因此，两座太空电梯就足以让月球的任何区域都获得光照和能量。月球太空电梯确实是一个绝妙的想法，其附带的能量和光照优势让它更具吸引力，但从实际角度来看，地面太阳能装置搭配电池或燃料电池，或者直接建造核电站，可能是更实用的选择。
此外，尽管在月球上建造太空电梯要容易得多，但它的实用性却远不如地球太空电梯。我们之前探讨过质量加速器、太空炮和发射环，在地球上使用这些设备发射飞行器的一大难题是，需要建造非常长的轨道，才能让飞行器达到脱离地球引力的速度，同时还要保证加速度足够低，不会让人类乘客受到致命伤害。而且，我们还需要将轨道隧道抽成真空，避免空气阻力，还要将太空炮的炮口延伸到大气层之外，这让整个项目的可行性大打折扣。
但在月球上，这些问题都不存在：月球上没有大气层，逃逸速度仅为地球的五分之一多一点，这意味着飞行器脱离月球引力所需的能量仅为地球的4到5，轨道的长度也可以大幅缩短，而且我们无需将炮口架高到大气层之上，因为月球根本没有大气层。
在地球上，要让飞行器以1个重力加速度加速到地球的逃逸速度，需要近20分钟的加速时间，轨道长度更是达到4000英里，轨道塔的高度要远超我们现有的所有摩天大楼，而且整个轨道必须是密封的真空隧道。而在月球上，以1个重力加速度加速到月球的逃逸速度，所需的轨道长度甚至不到200英里，轨道可以像普通的铁轨一样建造。
尽管在月球上建造高塔比在地球上容易得多，但在月球上我们根本不需要高塔，因为没有空气会进入轨道隧道，也不存在空气阻力和升力的影响。此外，轨道的长度与加速度成反比，所以如果我们不介意让人类乘客承受4个重力加速度的过载，那么仅需一分多钟的加速时间，轨道长度只需50英里即可；如果只是发射原材料或结构相对坚固的人造物品，那么即便是100个重力加速度的过载也完全可以承受，轨道长度仅需两英里。
说实话，像铁这样的原材料，甚至可以承受10000个重力加速度以上的过载，这相当于步枪子弹发射时的加速度，对应的轨道长度仅需100英尺。因此，即便我们有能力建造月球太空电梯，也可能不会这么做，因为太空炮的实用性要高得多，而且也更容易做好防护，抵御微陨石和太阳辐射的侵袭——这两者都是月球上的严重威胁。
我们甚至可以从月球直接向火星发射飞行器，尽管仍需要火箭燃料，但所需的燃料量会大幅减少，而且我们可以在月球上提炼燃料。正如之前提到的，月球表岩屑中含有大量的氧、铝和镁，液氧与铝或镁混合，是一种相当不错的火箭燃料，铝粉和液氧制成的单组元凝胶推进剂，前景也非常广阔。
我们探讨过从岩石中提取氧气的方法，这里简单总结一下：我们可以利用月球本地的材料，建造大片的太阳能熔炉和蒸馏装置来生产这种燃料，这些燃料也可以在月球的黑暗期为月球基地供能。飞行器可以通过质量加速器获得初速度，从月球出发前往火星或小行星，然后依靠燃料进一步加速，在抵达目的地时再利用燃料减速，我们也可以将这些燃料运输到其他地方。
事实上，一旦相关的基础设施建成，将燃料从月球运输到地球轨道的空间站，为从地球轨道出发的飞行器补充燃料，可能比从地球向轨道运输燃料更划算。具体哪种方式更优，取决于月球燃
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