2020年10月，美国国家航空航天局与澳大利亚、加拿大和日本等七国航天机构签署协议，这些国家参与美国的新登月计划“阿尔忒弥斯”，将于2024年用阿尔忒弥斯-3飞船把包括第一位女性在内的航天员送到月球表面，停留一周，进行2～5次“舱外活动”。
人类探月的总步骤分探月、登月和驻月三大步。目前，美国已走完了前两步，就差最后一步——建造永久性载人月球基地，从而使地球人在那里长期生活和工作，更好地开发和利用月球的资源、能源和特殊环境，进行深入的科学研究和技术试验。美国重返月球主要是为建造可持续运行的月球基地以及载人登火星做准备。
建月球基地意义重大
月球被誉为地球的“第八大洲”，是研究地球、地月系、星际空间、银河系天体和太阳系起源与演化的重要对象；也是人类实现向外层空间拓展，加速空间天文学、空间物理学、月球科学、太阳物理学、天体物理学、重力波物理学、中微子物理学、地球与行星科学和材料科学等进步的理想场所；它还蕴藏着多种矿物。
未来月球基地设想之一。
因为月球比地球稳定得多，月震只有地震的亿分之一，且没有大气层和磁场，并拥有弱重力、高洁净等特殊自然条件和自然环境，所以可作为对其他星球探测和研究的平台，开展天体物理学研究、制备一些昂贵生物制品与特殊材料等。
月球表面含有至少100万吨的氦3。这种在地球上很难得到的物质是核聚变反应的高效燃料，开采出来以后可为地球提供1万年左右便宜、无毒、无放射性的能源，因此月球也被称为“21世纪的波斯湾”。
由于月球的引力只有地球的1/6，并拥有可提炼、分解成航天员呼吸所需的空气和深空探测器所需燃料的水冰，所以能作为深空探测的前哨或中转站。
因此，在月球上适合建立科研基地、能源基地、资源基地和材料基地甚至军事基地等多种类型基地。
所谓月球基地其实就是在月球上建造可供人类长期居住、生活及开展各种技术试验、科学研究和资源开发的各种基础设施的统称。其任务包括月球科学研究、月球资源开采利用、科学试验平台、月基空间观测站和载人深空探测中转站，等等。
图1 半地下式月球基地概念图。
我国有关专家认为，月球基地的类型可划分为多种形式，例如，可分为固定式和移动式基地；地上、半地上和地下基地；临时、半永久和永久基地；柔性、刚性、可展开式和建造式基地；建材、能源开发、农业生产、科学研究、深空中转基地。它们各有特点，设计时可根据自身需要选择，主要考虑因素包括安全性、经济性、宜居性和可扩展性。
如何打造月球基地
在月球上建造基地是一项庞大的创新工程，需要花费巨大的人力、物力和财力，为此在建造月球基地之前必须做大量的准备工作，例如，发射月球探测器对月球进行全面探测，以便选择建造月球基地的良好地址；研制充当开路先锋的月球机器人等，为建立月球基地开道铺路。
建造月球基地之前首先要了解月球。至今，虽然全球已发射了130多个月球探测器，使人类掌握了不少月球的资料，但对于建造月球基地来讲，仅靠这些资料仍然不够。例如对月球的两极地区，特别是月球的背面就了解得不多，目前只有我国的嫦娥4号正在那里进行区域性着陆探测和巡视探测。所以今后还需要发射更多的探测器对月球，特别是两极地区进行探测。
另外，可将无人探测与载人探测空前紧密地结合起来。例如,先发射无人月球探测器，测量月面空间环境，采集月球土壤岩石成分的数据，绘制月球详细的资源分布图，并提供详细的月面地形地貌，为此后的机器人或月球车和载人登月舱着陆点选址提供依据。然后用先进的机器人或月球车对轨道器提供的最有希望的地点进行考察，为建立月面前哨站和月球基地做准备。一旦确定了立足点，就可进行载人登月探测，并能对无人月球科研站进行短期照料。
由于月球基地很复杂，建造周期很长，所以其发展过程要经历初级月球基地、中级月球基地、高级月球基地、月球工厂、月球移民区几个阶段。
图2 航天员在月面装配大型空间结构。
据专家介绍，月球基地工程一般包括月球基础设施、地面基础设施和地月空间运输系统。其中月球基础设施由月球基地本体系统、地面运输及作业系统、月球着陆与起飞系统、月球通信与导航系统组成。地面基础设施由月球基地指挥控制中心、航天员系统、地面科学应用系统、地面着陆场系统、地面测控与通信系统组成。地月空间运输系统由运载火箭系统、登月飞行器系统、其他空间运输系统组成。
科学选址十分重要
与在地球上建基地选址的方法类似，在哪里建造月球基地，需根据具体用途而定。
例如，如果要建资源基地，则应根据月球上的资源分布情况来选择；如果拟建科研基地，最好选择在月球的背面建月球基地，因为那里没有来自地球的无线电波的干扰，很适合进行低频射电天文观察，不过会带来与地球通信联系方面的困难，需要先发射月球中继卫星才行。因此需要权衡利弊、综合考虑。
此外，还应考虑以下几点：一是尽量建在与地球通信方便的月球正面；二是建在月面比较平坦的地方，这样有利于载人登月飞船安全着陆；三是阳光照射得比较好的地方，方便开展工作和发电等。
月球基地选址最基本的两个要求是：有充足的阳光和储存着丰富的水冰。从目前来看，在月球的两极建基地比较好，因为在那里地势比较平坦，有利于月球飞船的起飞和着陆；月球南北两极有一些区域接近于在太阳的永久照射之下，而在太阳照不到的地方有水。
2020年10月27日，美国国家航空航天局宣布，一架波音改装的全球最大高空望远镜——索菲亚平流层红外天文台最新观测到，位于月球南极地带的克拉维斯环形山存在水分子。这是首次在阳光照射的月球表面发现水。这一发现表明水可能遍布月球，而不仅限存在于月球极区温度极低、终年不见阳光的月坑内，而航天员们未来获取这一宝贵资源的难度可能也将并不像原先想象的那么大。
图3 “月球勘察轨道器”探测月球坑示意图。
如果在月球极区建太阳能发电站，可保证在任何时候都有一个太阳能发电站在工作。但由于月海多集中在月球北极，月球南极月海不多，因此未来的月球基地建在月球北极的可能性很大。也有人主张比较高级的月球基地应建在月球的熔洞内，因为在月球熔洞内不仅保温性能好，而且还可以有效防护航天员不受宇宙辐射和微陨石雨的伤害（月面上有强烈的宇宙辐射），但这种熔洞一般是在环形山的山脚下，这就跟选飞船着陆地点形成一对矛盾。为此，也要综合考虑。
为了帮助建造月球基地进行选址，美国早在2009年6月18日就发射了“月球勘察轨道器”，它相当于为建造月球基地奠基的首块基石，勘测重点在月球极区，原因是月球极区可能持续接受太阳照射；水冰可能位于极区中永久阴影区月球坑中。
月球上的科学研究
月球是进行科研的“风水宝地”，因为在那里几乎没有大气和地质活动，岩石受到的损坏不大，研究月球岩石相当于从研究地球39亿～40亿年前的标本入手，所以月球是研究地球起源与演化的最佳“标本”。在那里能建立诸多基础学科观测和研究的理想科研基地，也是研制特殊材料与生物制品的理想生产基地等。
月球没有大气层和全球性的磁场，内部能量极小，月球背面不受地球无线电波干扰，表面还具有高洁净和弱重力的特征。这些特征对天文观测来讲是无与伦比的理想条件，所以很多天文学家都向往能在月球上建起大型月基天文台,以进一步扩展人类的眼界，它或许能成为第一个接收到外星人来电的天文台。我国嫦娥3号着陆器已在世界上首次试验了月基光学望远镜,取得了不少成果和经验。嫦娥4号则首次落在了月球背面，正在开展低频射电天文观测，考察月球背面。
月球环境高洁净、微重力、无污染、没有磁场和大气，因此适合开展物理和生命科学实验，进行新技术试验、新材料合成、特殊生物制品的研究和生产，特别是生产一些地球上无法批量生产的特殊产品。月球上的低重力环境实验还能替代某些空间站上的微重力实验。
在月球建科学基地可进行以下三大类研究。
一是月球自身科学研究，即月球的科学。月球自身科学研究是将月球作为一个地外天体进行科学研究，从而更好认识地月系统的起源，提供行星际介质演化史的特有记录。该基地可以研究月球表面发展史，研究月球的火山活动、陨石撞击，以及太阳风、太阳耀斑和银河宇宙线影响等月球地质学问题，研究月球内部、月球磁场、月球地震以及月壤特征等月球物理学问题，研究月面和月壤化学特性、月球内部化学特性等月球化学问题。
二是月球观测平台研究，即来自月球的科学。它是利用月球特有的环境，将其作为一个观测宇宙和研究宇宙的理想平台。例如，在月球上建立天文台。月球没有大气层，重力只有地球的1/6，月震活动只有地震活动的亿分之一，月球背面没有人类活动造成的纷杂的干扰，所以很适合建造理想的天文台。另外，与失重状态下的空间望远镜相比，月基望远镜是建在月球这个直径为3476千米的巨大而稳定的观测平台上的，因而，月基望远镜的安装、维修、跟踪等问题的解决都容易得多。
在月面建立月基对地监测站，可以对地面的气候变化、生态演化、环境污染和各种自然灾害进行高精度的观察和监视，为人类的可持续发展做出贡献；能研究如何测量天体、如何提高天体测量及成像质量、如何选择月球观测点、如何选择观测仪器的天文学和天体物理学问题，研究对太阳活动的连续观测、对太阳表面的高分辨率观测、对太阳中微子的测量等太阳物理学问题。
图4 未来在月球上建立科研基地示意图。
三是月球科学平台研究，基于月球的科学。它主要包括在特定月球条件下的基本研究与技术演示，特别是生命科学研究。它包括低重力环境下的人体生理学、辐射防护、生命保障系统研究，为未来的载人登火星和其他载人深空探测提供技术支持。
该基地可以研究所有与重力相关的领域，如生命科学、物理学和化学。对于生命科学研究，月球上的辐射条件还为其提供了大量的研究机会。对于月表的物理和化学过程研究可为建设高级月球基地提供支持。在生命科学研究方面，可研究人体生理学、辐射生物学、人工生态系统、外空生物学等。在物理学和化学研究方面，可研究流体动力学、燃烧过程等。
责任编辑 张长喜
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