Mars may be a hellhole, but the moon is not far behind

火星或许是个地狱，但月球也并不遥远 | MIT技术评论

太空

火星或许是个地狱，但月球也并不遥远

我们仍在畅想在月球上建造城市。只是眼前还有一些障碍需要克服。

Selman Design

作者

• Robin George Andrews 档案页面

2026年10月12日

欢迎来到新一轮的太空竞赛。你可能会感到似曾相识。上一次，是苏联和美国争夺第一个插旗的荣誉。如今，美国和中国正在月球表面展开竞速——同时还有众多友好或竞争关系的国家参与，以及一大批私营航天公司。这一次，看起来他们似乎真的准备要在那里安营扎寨了。参赛者们表示，月球上将出现基地，星空下将矗立着永久居住的城堡。

月球基地的概念，尽管听起来充满幻想，但并非新想法。但今年，在Jared Isaacman局长的领导下，NASA频频发布大胆的声明。如果一切按计划进行——这个计划启动成本预计将高达数十亿美元——月球上将出现无人机、机器人着陆器、通信卫星和核电厂；将出现植物生态舱和月震传感器；将有机械探测器在陨石坑中寻找水源。

美国目前计划于2028年开始首次载人登月任务，这些任务将专注于探索和技术实验。但目标是到2030年代的某个时间点，建立长期居住的宿舍区，周围环绕着科学研究中心、资源开采和加工工厂，以及航天器的着陆平台。“这将是一个广阔的区域，”NASA月球基地项目经理Carlos García-Galán表示，这个区域总面积将达到“数百平方英里”。

毫无疑问，这一努力背后是民族主义竞争的推动。中国也有几乎相同的计划，要在月球上建立自己的基地。而率先到达至关重要，因为“胜利者”将能够定义规则。月球到底是什么？它是一个军事前哨吗？是一个制造中心吗？还是一片需要研究和保护的荒野？

但还有其他原因促使我们前往月球。地球的这位伙伴拥有原始岩石，其中包含整个太阳系形成过程的线索。由于月球表面几乎没有大气层的阻挡，这里是放置望远镜的理想场所，这些望远镜可以观测宇宙最古老的时期。欧洲航天局总干事Josef Aschbacher表示，月球的背面将是“探索更远宇宙的绝佳地点”。而且，从低重力的月球表面发射火箭比从地球发射要高效得多，这意味着将宇航员或机器人飞船送往太阳系更远的地方将变得容易得多。“月球至关重要。它将是通往更远之地的跳板——这意味着前往火星乃至更远的星球，”Aschbacher表示。

但若要将这些大胆的愿景变为现实，还有大量艰巨的工作要做。一个广袤的月球基地必须确保宇航员居民的安全——要能抵御陨石撞击、无尽的宇宙辐射、锋利的月球尘埃以及严酷的温度波动。它还必须具备一定的自给自足能力，以应对政治形势的变化，并避免维护成本高昂到难以承受的程度。为此，我们需要找到利用月球资源维持基地运转的方法——理想情况下还能创造收入。同时，我们还需要自主机器人，即使在人类不在场时，也能建造、维护并扩建基地。“这几乎就像从零开始建立文明一样，”威尔士班戈大学核能未来研究所联合主任西蒙·米德尔伯格说道。

假设我们能克服这些初始挑战，几十年后——比如到2100年——我们最初的月球基地可能从勉强可见的建筑群，成长为光芒四射的城市，或许与全球作家和编剧想象中的城市并无太大差异。“我们真正希望将今天的科幻变为现实，”加西亚-加兰说道。谁会最终成功呢？

月球是一个极其恶劣的生存环境。通常情况下，白天温度可超过250华氏度；夜晚则可能骤降至零下200华氏度。暴露在太空真空中，月球表面持续遭受致癌辐射的轰击，并频繁受到陨石的撞击。其火山灰具有粘性和腐蚀性，是设备的破坏者和肺部的窒息物。

令人遗憾的是，NASA计划建设基地的月球南极地区环境更加恶劣。NASA选择该区域是因为其永久阴影区的陨石坑被认为储存着大量水冰，其价值可能超过黄金。净化后，水冰可用于灌溉作物和为宇航员提供水分；将其分解为氧气和氢气后，可获得可呼吸的空气和火箭燃料。但这些陨石坑的温度可能低于零下410华氏度，使其成为已知宇宙中最寒冷的地区之一。在这些陨石坑外的月球表面，宇航员将连续14天沐浴在灼热的阳光下，随后迎来同样漫长的严寒之夜。

但我们的安全投入只能达到一定限度。“归根结底，这涉及可接受的死亡风险，”佛罗里达航天研究所的空间飞行工程研究员菲利普·梅茨格在思考一些危险时说道。“我们能合理承受而不至于破产的生存极限是什么？”

温度是相对容易解决的问题之一。材料科学已取得长足进步，目前有多种金属、陶瓷、塑料、化合物和合金能够抵御剧烈的温度波动。散热器可以保持设备冷却，加热器可防止电池过早失效。宇航员穿着先进的宇航服也能很好地生存——但这种技术仅在短暂的外出任务中得到验证。目前尚不清楚这些设备在如此恶劣的环境下能持续运行多久。

月球南极陨石坑的温度可能低于零下410华氏度，使其成为已知宇宙中最寒冷的地区之一。

在这些陨石坑外，宇航员将连续14天沐浴在灼热的阳光下，随后迎来同样漫长的严寒之夜。

太空辐射对电子设备和细胞分裂具有破坏性，其危害远超想象。正如休斯顿NASA约翰逊航天中心的物理学家斯图尔特·乔治所解释的那样，这种辐射以两种令人不安的形式存在。

第一种是银河宇宙射线，它们几乎持续不断地轰击月球。乔治表示：“这些射线由超新星和中子星合并等现象产生。”由于构成它们的原子核、质子和电子以接近光速的速度运动，这些宇宙射线具有巨大的动能，能够轻松穿透薄型防护层（例如金属墙）。乔治补充道：“这些射线还有一个特性，即较重的离子在防护层中会碎裂并产生次级粒子。”这意味着如果防护层过薄，防护层后的宇航员将暴露在令人惊讶的高辐射剂量下。

然后还有太阳。它虽然维系着地球生命，但若没有地球浓厚的大气层和磁层保护，月球漫步者将偶尔遭遇太阳的爆发：太阳耀斑（多种辐射的爆发）或日冕物质抛射（磁化等离子体的爆发）。梅茨格表示：“在阿波罗任务期间，他们知道如果在宇航员驻留月球期间发生大型太阳耀斑，将无法挽救他们的生命。”宇航员可能在数天内因急性辐射病而死亡。

应对强烈太阳耀斑或日冕物质抛射的方法很直接：乔治表示：“回到有更多防护层的栖息地内，最好是专门设计的、高度防护的‘风暴避难所’，本质上就是厚墙掩体。”问题是宇航员可能正在基地外，驾驶着远距离行驶的月球车。日冕物质抛射需要数小时到数天才能抵达地月系统附近，而太阳耀斑可在不到一小时内到达。目前科学家还无法准确建模太阳活动，因此无法提供充分的预警。乔治表示：“预测太阳风暴的能力目前还处于类似20世纪50年代和60年代天气预报的水平。”

至于那些具有穿透力的银河宇宙射线，唯一避免它们的方法是在宇航员和天空之间放置大量物质——可能是月球岩石。科罗拉多矿业学院空间资源中心工程总监克里斯·德赖尔表示：“建造地下栖息地模块。”一个可行方案是将居住区挖掘进熔岩管——这些由数亿年前熔岩形成的天然空洞火山隧道。目前NASA尚未提及建造地下月球基地的计划，但如果希望最终建成小型月球城市，可能不得不考虑这一方案。

辐射限制了宇航员在其一生中可在月球表面停留的总时间——专家估计，健康风险变得过高之前，最多只能累计约两年。不幸的是，这还不是太空对宇航员的全部威胁。今年早些时候，阿耳忒弥斯二号宇航员绕行月球背面时，看到下方银色月面突然出现神秘的闪光。这些闪光是小陨石撞击月球表面时爆炸性死亡的景象。

地球天然地受到保护，免受直径约50英尺的小型太空岩石的撞击：它们在大气层中燃烧殆尽，不会造成影响。加州大学圣芭芭拉分校的物理学家兼行星防御研究员菲利普·卢宾表示：“在月球上，你没有这个选择。”由于较小的岩石比较大的岩石更频繁地坠向行星和月球，这意味着月球经常被这些实际上相当于微型太空子弹的小岩石击中。它们很容易刺穿宇航服或月球车的引擎。

如何保护宇航员免受这种袭击？马里兰大学的行星地震学家尼古拉斯·施默表示：“最简单的办法是掩埋。”——这恰好也是应对辐射暴露的同样方式。将月球岩石堆砌在基地墙壁上，或在熔岩管中建造居住结构。

令人不便的是，总有可能出现更大的小行星。即使掩埋的居住舱模块，也难以抵御直径50英尺（约半挂卡车长度）的小行星袭击。

但这并不意味着月球基地对更大的小行星毫无招架之力。在短短几十年内，行星防御技术已取得长足进步。NASA的DART任务证明，通过无人航天器撞击岩石，可以成功偏转小行星。而美国各地秘密实验室的尖端实验表明，核弹可以击退甚至完全蒸发偏离轨道的太空岩石。专门用于探测潜在威胁的地面和空间望远镜阵列，如主要由自动化望远镜组成的ATLAS四联观测系统，以及即将发射的NEO Surveyor红外望远镜，也计划在未来几年内发现90%的近地小行星（直径460英尺，足以摧毁整座城市）。

所有这些防护措施都适用于月球。但直径50英尺的小行星过于隐蔽，即使NASA最先进的望远镜也难以提前数年甚至数月发现它们。很可能在它们即将撞击月球表面时，人们才首次看到它们。那又该怎么办？

设想在月球上建立多个类似炮塔的发射场是合理的。由于月球重力较低且没有大气，这些设施可以快速向来袭的小行星发射弹丸。如果击打力度足够，小行星将碎裂成碎片。但要确保在距离尽可能远时射击：“如果你将某物拆解成千块，那就会有千次撞击月球的冲击，”卢宾表示，“这可能比让它撞击一个地方更糟糕。”

基地被小行星摧毁将是灾难性的。但相比小行星，月球基地更可能因粉尘而陷入险境——与小行星不同，粉尘无处不在，时刻存在。

当火山岩被粉碎后，会变成锋利、带静电、具有粘性、刺鼻且研磨性的颗粒。阿波罗登月宇航员吸入这种粉尘后，偶尔会患上一种奇怪的“月球花粉热”，刺激眼睛并引发肺部不适。这种粉尘以令人震惊的效率侵蚀各种设备。“它会撕裂密封件、齿轮、电机、宇航服、栖息舱——所有它接触的东西，”太空飞行技术公司Lunar Outpost的首席执行官贾斯汀·西拉斯表示，该公司正在为NASA的阿尔忒弥斯计划提供月球车。

NASA 已经开发出一种针对这些黑暗碎片的防御措施：电动力尘埃屏蔽层（EDS）。这种由轻质电极组成的屏蔽层——可以铺设在机械、墙壁甚至宇航服上——利用相反的电流将带电尘埃击退。EDS 在地球实验室测试中表现出色，2025 年作为 NASA 赞助的机器人任务的一部分被送往月球表面时，也展示了其强大的防尘能力。

约翰逊航天中心的尘埃抑制研究员艾米·弗里茨表示，EDS 很可能会广泛应用于月球基地的各个角落。但其他防尘设备也在研发中——包括一种受壁虎皮肤启发的类似滚筒刷的装置，以及一种科幻风格的利用离子化氮气的“爆破器”。其首次喷射将中和尘埃的电荷以消除其粘性；随后的第二次喷射则会将尘埃从表面清除。

令人困扰的是，基地越繁忙，尘埃问题反而会越严重。随着基地规模扩展至小城市级别，火箭飞船需要频繁地将货物和人员送往月球表面。每次起飞和降落都会向各个方向喷射大量尘埃，淹没基地的基础设施。“每次都要担心自己仿佛被砂纸打磨一般，”弗里茨说。

梅茨格计算得出，即使着陆垫距离基地超过 3000 英尺，仅需 10 至 20 次起飞或降落就足以严重损坏外墙防护涂层和通信设备等设施。梅茨格表示，随着时间推移，“一切都会损坏”。

即使未来的月球基地部分埋藏在地下，能够抵御微陨石和宇宙辐射，并配备了完善的防尘技术，对宇航员来说仍然是一项高风险任务。在地球重力六分之一的环境下，以异常灵活的方式跳跃移动虽然令人着迷。但德赖尔表示，“微重力对人类身体并不友好”，可能导致肌肉萎缩、心血管问题、呼吸系统疾病和免疫缺陷。

辐射也可能始终困扰着月球居民。此外，有证据表明，致病微生物可能在严格的灭菌程序后仍会悄然登上飞船。这些微生物在月球上的行为可能与地球不同；真实和模拟的微重力实验表明，某些微生物可能变得更加具有攻击性，更易引发疾病。“我们称它们为‘隐形船员’，”NASA 生物与物理科学部门主任丽莎·卡内尔表示。

被认为含有大量水资源的月球南极，是月球探索以及最终定居的诱人目标。这张地图展示了该地区的地形。南极-艾肯盆地（蓝色）是一个布满小撞击坑的巨大撞击坑。从最低区域到周围山峰的垂直距离可能超过 15 公里，几乎达到珠穆朗玛峰高度的两倍。

NASA/GSFC/MIT

希望找到更好的方法来保护宇航员，卡内尔主导了一项名为AVATAR（虚拟宇航员组织模拟响应）的实验，该实验随阿耳忒弥斯二号任务一同升空。实验使用了U盘大小的芯片，其中包含从心脏、肺部或其他身体部位提取的细胞，这些芯片可以被激活以模拟微型器官。科学家们此前曾利用这种“器官芯片”技术，在高度受控的环境中测试新药。在阿耳忒弥斯二号任务中，卡内尔的团队将包含四名宇航员骨髓样本的芯片送入太空。骨髓负责生成红细胞、白细胞和血小板——这些成分几乎影响着人体所有系统。观察太空辐射和微重力对骨髓的影响，将为卡内尔及其团队提供关键见解，帮助他们了解宇航员在月球上时生物学可能发生的改变。

器官芯片的优势在于，可以为每位宇航员定制芯片，并提前送入太空以观察其器官对太空飞行的反应。研究人员设想，这些芯片的数据将能为医护人员提供具体信息，帮助他们为登月宇航员制定针对性的预防性治疗方案或药物选择。

NASA很可能在短期内发送的设备是“脑类器官”，卡内尔如此表示。是的，她补充道——这听起来确实非常奇怪。但了解真实大脑在月球上生活数月后的反应，对于未来月球居民来说是非常重要的信息。

好的，你的大型月球基地及其居民已尽可能地免受危险的月球环境影响。但宇航员的时间极其宝贵，人类又是脆弱的生物。你无法让他们完成所有繁重的体力劳动，这意味着无论是建造小型月球前哨站还是小型城市，都需要大量机器人。“在最初几年，月球基地的建设将几乎99%依靠机器人完成，”NASA的加西亚-加兰如此表示。

自主性将从一开始就具备。NASA新一代月球车——月球地形车，既可以由宇航员驾驶，也可以从地球（或月球其他区域）远程操控。此外，还设想为月球车增加模块化机械臂、拖车和货物运输设备——这些仍处于规划的初步阶段。

然而，在未来几十年内，我们可能需要一支机器人军队来执行任务：挖掘月球岩石并将其转化为混凝土和砖块的挖掘机，以及其他用于平整地面、挖掘沟渠、建造建筑地基、铺设着陆平台、构筑防尘堤坝（以防止发射和着陆时的沙尘暴侵袭基地）的机器人。甚至太阳能板和电线也可以由月球岩石制造——这一设想已在2023年通过地球实验室验证，当时太空公司蓝色起源使用了与月球风化层成分相匹配的地质模拟材料进行了实验。

为这支机器人军队提供能源将需要大量能量。持续两周的夜晚使太阳能成为不切实际的解决方案。除了种类繁多的高容量、耐极端温度的电池外，核能可能是唯一可行的选择。一个小型、汽车大小的核反应堆，仅需少量铀即可为一个小村庄提供十年的能源，且无需重新加注燃料。尽管尚未有人在月球上测试过核反应堆，但很少有人怀疑NASA和美国能源部能够设计出可行的方案——或许与核潜艇上的核反应堆差别不大。2100年的月球基地很可能会配备多个小型、自主或远程操作的核反应堆，这些反应堆方便基地扩展机器人直接接入以充电。

但最大的月球疑问可能是水，规划者希望利用水来支持宇航员，并将其转化为燃料以从月球表面发射物体。一种称为电解的过程，利用电流打破分子键，可以将水分解为氧气和氢气，两者都可以用于制造火箭燃料。通过这种方式获取它们的成本可能远低于从地球运送。此外，它还能提供可呼吸的氧气。

轨道数据揭示了月球南极部分地区存在一定量的水，但人们对其实际储量、存在形式以及提取难度知之甚少。这里会有随时可供开采的固态冰层吗？还是会有分散在岩石颗粒间的冰晶，需要更创新的提取方式？

据认为，月球上的许多水隐藏在南极深邃黑暗的陨石坑中，那里的环境极端到可能导致机器人冻结、倾倒或与基地失去联系。“对我来说，这是最大的障碍，”密歇根理工大学行星表面技术发展实验室首席研究员保罗·范·苏桑特（Paul van Susante）说道。

范·苏桑特的实验室一直在模拟月球环境的真空舱中测试各种建筑机器人，舱内填充着类似月球的岩石。他的团队曾参与NASA最近的“破冰挑战赛”（Break the Ice challenge），该比赛邀请工程师设计机器人，测试不同的挖掘方式。一些团队使用了电动凿岩机和铲斗，而另一些团队则使用刮板剥离地表层。他们通过起重机模拟月球的微弱重力，通过调整机器人的重量来实现。在这方面，进展正在加速。“我不会说问题已经解决，但我们现在已掌握了许多关键环节，”范·苏桑特表示。

提取水只是整个复杂操作的一部分。“当你提取水时，它并不干净，需要进行净化，”德克萨斯农工大学空间植物学家杰西卡·阿特金（Jessica Atkin）表示。实现这一目标的技术已经存在，并在地球上运行良好。但太空中的事情往往出人意料。“国际空间站（ISS）上有一个水净化系统，但该系统以容易被微生物污染而闻名，”她说道。

但如果你能充分净化水——这在地球上可以轻松实现，但在微重力环境下可能因流体行为异常而难以完成——那么你的月球基地就能顺利运转。通过有效的水循环系统，随着基地人口的增加，基地将永远不会缺水——而且，或许你还能拥有一个月球温室。已有几种可食用植物在国际空间站成功种植，包括生菜、芥菜、番茄和辣椒。不幸的是，月球尘埃并不适合作为花园土壤：其中含有过量的铝元素，浇水后会形成一层顽固的覆盖层。但阿特金（Atkin）证明，借助施肥真菌的帮助，鹰嘴豆可以在类似月球火山土壤的土壤中生长。

2100年的月球基地居民主要依赖从地球运送的预包装餐食。但随着时间推移，他们将开始种植部分农作物——很可能会高度自动化地管理光照、灌溉以及湿度和其他环境条件。除了鹰嘴豆，月球上可能还会种植大量番茄。这不仅因为它们经过生物工程改造，能产生更高水平的花青素（anthocyanins），而一些研究表明，花青素可能有助于人类减轻太空辐射造成的细胞损伤。

正如国际空间站的近期经验所示，月球上的温室除了提供食物还有更多作用。卡内尔（Carnell）表示，NASA最近发现空间站的宇航员在偷偷做一件事。所有植物都应被限制在生长舱内。但她说：“我们发现宇航员偷走了我们剩余的土壤，带上了自己的种子，在舱内秘密种植小花园，藏在自己的私人舱室里。”

2026年夏天的相关讨论后，NASA决定允许宇航员在任何地方种植自己的迷你花园。“一些宇航员表示，这样他们感觉更好，”卡内尔说。自然和园艺对长期处于密闭空间中的宇航员心理状态有巨大益处。对于居住在月球表面熔岩管中的人类而言，这种益处将更加显著。“人类因素至关重要，”她说。

没有人天真地认为前方没有巨大的技术挑战。正如作家肖娜·斯蒂罗内（Shannon Stirone）在2021年《大西洋月刊》（The Atlantic）中所说，火星可能是个地狱，但月球也不遑多让。它几乎是一个令人啼笑皆非的危险之地。它的许多特性都阻碍着建立一个安全、自给自足、由机器人管理的基地。

NASA计划在2030年前在月球上部署第一座核反应堆。中国与俄罗斯合作，计划在2035年前在月球上部署自己的核电厂。

除了第一个基本居住舱外，要在月球表面通过数十年的实验和迭代，建立覆盖数百平方英里的月球基地，还需要大量努力。但很少有人怀疑，只要给予足够的时间和不断改进，人类终将成功。“这不是一个无法解决的问题，”马里兰大学的施默（Schmerr）表示。

主要障碍，尤其是在建设初期，可能是政治意愿的缺失。NASA目前正调动所有资源投入该项目——该机构希望这一努力最终能在本世纪末建成一座小型月球城市。但这种承诺能否持续跨越多个美国政府任期？国际社会是否也会全力支持NASA主导的这一努力？香港大学月球地质学家钱宇琪表示：“NASA有一个非常雄心勃勃的计划，‘我们需要持续关注它’。”事实上，他说：“目前的计划看起来过于雄心勃勃。”例如，该机构希望到2030年前在月球上部署首个核反应堆。（中国与俄罗斯合作，计划在2035年前在月球上部署自己的核电厂。）

核未来研究所的Middleburgh表示：“这些项目虽然令人兴奋，可能对人类具有变革性意义，但往往也是首批被推迟或取消的项目。”当新政府上台时，NASA的方向往往会随之改变——有时甚至会发生剧烈变化。

但几位NASA以外的专家表示，至少目前来看，月球基地确实拥有明确的势头和政治意愿。“NASA非常明确地表达了他们的目标、优先事项、雄心以及实现方式，”欧洲航天局的Aschbacher表示，“这令人印象深刻。”

即使美国主导的这一努力在未来几十年内保持政治意愿，要将月球基地扩展到初始紧凑型基地以外的任何地方，仅靠政府资金是不够的。“要实现自给自足，必须建立一个月球经济，”空间资源专家Dreyer表示。这可能来自火箭燃料的生产，或者来自月球上开采的有价值材料，这些材料可以替代地球上的类似污染活动。但月球经济的价值尚不明确。

即使是NASA的负责人Isaacman也不认为月球会成为主要的赚钱来源。“我不认为目前月球上有任何东西比我们在地球上制造的东西更容易、更经济地开采、制造并带回地球，”他在2月时表示。（相反，他推测从小行星上开采金属将是通向繁荣的道路。）

如果月球基地不是因为经济利益而存在，而是因为它是进行新颖科学研究的场所，那会怎样？Aschbacher设想月球基地将类似于人类在南极洲的前哨站。在那里，科学家探险者在一片真正感觉像另一个世界的冰原上工作，研究地球的气候、遥远的过去和顽强的生命形式。“通过研究这些偏远地区，我们更了解地球，”他说。月球提供了类似的机会。那些原始的熔岩管中等待宇航员发现的奥秘是什么？月球天文学家在夜空中能看到什么——在几乎没有大气和光污染的条件下——而地球上的人却看不到？

在所有航天计划中，开发的高科技无疑将被调整以用于地球。而月球上的基地将使探索太阳系其余部分变得更加容易。从技术、生理和心理层面来看，月球“是通往火星所需技术的试验场，”NASA的García-Galán表示。

如果我们将美中竞争继续下去，或许2100年的月球南极将出现多个由不同地缘政治对手运营的大型基地。也许那会成为充满军事化领土野心和民族主义的太空火药桶。但也许它最终会成为一个国际科学圣殿，以及终极冒险目的地。“即使地球上的国家之间难以对话，”Aschbacher表示，“在月球问题上他们可能会表现得不同。我确信他们会聚在一起，看看我们能共同完成什么，看看能解决哪些问题。”毕竟，他说，当你远离地球，在那里，“你对彼此的依赖程度极高。”

Robin George Andrews是伦敦的获奖科学记者，也是火山学博士。他经常撰写有关地球、太空和行星科学的文章，其撰写的两本备受好评的书籍分别是《超级火山》（2021）和《如何消灭小行星》（2024）。

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