翻译 马德
译者按：
资源匮乏，环境污染，气候恶化，房价高企……面对我们这个人满为患的地球，想起古人的诗句“日暮乡关何处是？烟波江上使人愁”。
而手头这本《月球：资源，未来开发与移民》（The Moon:Resources, Future Development, and Settlement）却让人读来眼前一亮。
作者David Schrunk等是几位美国宇航技术专家，他们在这本科普著作中提出：“在未来的数十年中，我们应当积极推动太空勘探和月球移民的行动（行星和卫星计划），使人类成为未来的太空居民。”这不是小说家的幻想，而是科学家基于人类科学技术基础的规划。
500多年前，哥伦布发现新大陆，开辟了人类历史的新纪元。今天，人类登陆月球的行动是否会又一次改写人类历史？我们拭目以待。
原书信息：
书名：《月球：资源，未来发展，以及移民》第二版
（The Moon: Resources, Future Development, and Settlement, 2nd Edition）
作者：David Schrunk, Burton Sharpe, Bonnie Cooper, and Madhu Thangavelu
出版：Springer Praxis
出版时间：2007
原文对照：The Moon:Resources, Future Development, and Settlement（Introduction）
引言
I.1太空时代
未来的太空时代，是指人类在太空中生存发展的时代。这个时代的前提，是人类对于无限的太空资源的科学认识和技术能力达到了相应的水平。当人类对于太空的科学技术水平发展一定程度时，就有能力从太空中获得丰富的能源和物质材料，对太阳系进行深入全面的勘探，并将在月球和更多的行星上设立定居点，届时，人类将开始星际间的航行。受现有的“封闭的地球”观念的限制，我们不得不为生存需求跟有限的地球资源之间的矛盾而担忧，不得不致力于地球环境的维护。这种封闭的观念将会被 “开放的太空”的宏伟愿景所代替，人类未来将获得无穷的资源，进入无限发展的境地。
在未来的几十年当中，无人驾驶的宇宙飞船将登陆月球，并以“就地取材”的方式对月球资源的开发利用进行试验（ISRU）。那时，将有一种机器人设施，能够根据地球基站控制人员的指令寻找到适当的位置，用机器手攫取月球表面风化层泥土材料样本。经过一系列的制造程序，登月飞船携带的材料加工设备将利用月球泥土中的提取的材料制造出可正常运行的太阳能电池。这种“就地取材”的资源开发模式的试验，哪怕只要生产出1毫瓦的电力，它也将成为人类在太空领域发展的一个新的里程碑。通过特定的设施，利用月球本身的能源、材料等资源生产出电力，并制造出新的工具，这一过程的实现将使人类不依赖于地球资源的太空“可持续发展”成为可能，并不断获得进展。于是，一个太空勘探和开发的热潮将随之到来，一个对全人类的利益有着有广阔前景的太空时代将成为现实。
I.2 优势与机遇
就太空时代的实现和人类在未来神奇世界的演进而言，月球将以其多方面的独特优势成为太空发展基地的首选。这些优势包括：离地球最近，资源丰富，特殊的重力环境，对太空危害的防护成本较小等。月球开发也将为诸多领域的发展带来新的机遇——如科学研究、商业利用、教育、国际合作、太空生存模式研究和外层空间的探索等。
I.2.1 近地优势
月亮所运行的轨道距离地球约为377,000公里（234,,000英里）。如此小的距离，意味着月球对于太空交通工具而言是最适合的地点，这是选择月球建立永久太空基地的首要有利因素。地球到月球间的距离很小（以光速往返一次仅需三秒），完全可以在地球上对月球表面的“半自主”机器人进行实时操作和远程控制。由于“潮汐锁定”的作用，月球总是以同一个侧面对着地球，这样，设立在月球表面的通信设施就可以与地球保持不间断的直接联系。月球所具有的这一优势以及远程控制的机器人设备的使用，为在月球快速搭建基础通信设施提供了条件，也有利于协调全球范围对月球勘探和开发的管理运作。在后继的开发试验中，由于月球到地球间距离很近，所以一旦发生意外，宇航员可以在三天之内返回地球。
I.2.2 资源开发
月球没有大气层，因而能充分接受阳光照射，有丰富的太阳能可供利用。利用自身物质材料建造的月球太阳能电站把日光转换成电能，可以为整个月球的勘探开发提供所需的能源。太阳光也可以直接为太阳能烤箱、热力发动机和热力经营系统提供热源。
月球上有丰富的原材料可以用于月球太空基站的建设和运营。月球的土壤（风化层）含有铁、铝、钙、硅、钛和氧等元素，此外还发现有大量较轻元素如碳、硫和氮等。据已获得的月球地质资料，月球表面风化层可以为月球开发基地的工业生产提供丰富的原料，用来生产电线、透镜、太阳能电池和建筑材料等。
I.2.3 重力条件
对于第一个外空间工业基地的开发而言，失重的太空环境是不得不考虑的一个因素。世界工业的技术是在地球重力条件下发展起来的，同样的制造工艺，在月球重力（为地球重力的的1/6）环境下，比在近地轨道或其他外星空间的微重力环境下，毕竟要容易适应的多。举例来说，轮式载重车辆和依赖重力实现材料剥离的技术，经过改进是可以在月球重力条件下使用的。
最初的月球“殖民”活动将通过远程操纵和机器人技术以“无人驾驶”的方式实现。不过，其后不久人类将亲自前往这块新的领土，他们有能力解决复杂问题，也会适应新的生疏环境。正如我们所知，在轨道空间站的失重条件下，人体会有许多不良的生理反应，比如心脏失调和骨质减损。长时期在1/6重力条件下生存会有什么样的生理反应，目前我们尚且所知甚少。不过，在月球的重力环境下，人类还是可以像在地球上那样用两只脚走动，这比在微重力条件下的空间站和其他近地物体上要更接近于在地球时的状况，因而也更容易一些。
I.2.4 太空辐射
开放的太空环境对于生物系统和硬件设备的安全都存在着威胁。太空环境下的宇宙射线辐射强度，超过地球上人体承受极限的十倍以上。更严重的是太阳耀斑的辐射，如果不采取足够的防护措施，大约一个小时到一天时间的耀斑辐射足以使任何生物丧命。同样地，宇宙射线和太阳耀斑的辐射也会损害机电系统的功效。微小陨石对人和设备也有直接的威胁，而在地外空间条件下，阳光辐射产生的热应力对于任何设备器材都将是严重的问题。在月球上，可以使解决这些问题的办法变得很简单——“转入地下”。凭借在月球构建的地下设施，人和设备可以像在地球上一样完全不受宇宙射线的危害。对宇航员而言，唯一需要考虑的是，来往于地球和月球的三天航行时间中，如何防备宇宙射线的威胁。
I.2.5 科研机遇
建立在月球上的开发基地，无论是对月球的研究还是对宇宙的探索，都是一个极好的平台。比如，就太空望远镜的操作而言，月球要比地球轨道或自由空间有极大的稳定性；月球的风化表层可以很好地保护仪器设备免受电离辐射、微小陨石以及高温的损害；干扰量度法这种高精密度的望远镜技术，可以捕获到极高分辨率的图像，并具有更长波长。相较于地球表面，这些技术性能在月球能够得到更充分的体现。月球与地球相背的一侧，不会受到来自地球的任何电磁波干扰，因此是在整个太阳系中使用电子天文望远镜最理想的地点，它也将为为探索外星人提供更好的条件。月球最终将成为一个综合的天文观察基地，它将极大地开拓人类关于宇宙的知识体系。月球也是一个研究星球地质史系统的极其丰富的信息宝库，对山脉、裂谷、月球地表、熔岩管等进行的地质探测形成的系统知识将对人类开发月球作出长久的贡献。
建立在月球上的科研/工业开发基地，以“就地取材”的模式开发月球资源，将成为研究与探索外层空间诸多技术项目的最佳站点，例如电磁推进技术、电力无线发送技术以及材料科学、农艺学、药学和生命保障系统等领域的研究。这些研究成果将使地球上的人民受益，也会应用于太阳系中更遥远的星球——比如对火星的探索。目前，对于未来的月球基地所需的技术或工具还很不成熟，亟待在现有的水平上加速发展和提高。随着这些技术的成熟和发展，将在月球得到应用。从小规模的机械工具、通讯设备等技术储备以及其他必需的设施这些在地球开发制造的技术储备起步，月球开发所需技术的研究和开发将会在月球本身得到充分发展。一旦这些技术和发明在远离地球的月球环境下发育成熟，毫无疑问，它们必将在外星空间得到普遍应用，包括小行星、行星、人造卫星以及整个太阳系，都将是这些技术的用武之地。
I.2.6 教育服务
建立在月球上的无线通信基站将成为覆盖整个地球的直接和实时的通信网络，并为世界各地的学生提供远程教育服务。月球通信站也会直接跟地球的因特网连接，这样世界各地的学生就可以全程跟踪观察月球开发和研究的实况。在某些情况下，学生将有可能参与月球科学研究和勘探开发，以及其他一些相关的活动。
I.2.7 商业投资
月球基地的开发计划，将涉及到各个相关的部门，包括政府机构、大学、商业企业和非营利社团组织。在这些体系中，商业机构可能会提供最主要的投资。当前，太空通信的商业经营（如卫星通信）已经取得了稳定的成长，因此，在具有巨大商业前景的空间通信技术开发和经营中，目前民间投资已经超过政府投资。同样地，未来月球基础设施的开发项目也可能出现同样的趋势。
利用现有的当代经济运行模式，政府可以整合月球开发的项目，引入风险战略投资，由这些企业承担诸如月球轨道交通之类的基础设施工程（本书稍后将做进一步的讨论）。 这其中的一个建设项目，将是利用月球表面风化层的材料生产太阳能电池。这些由“月球电力公司”生产的电能不仅可供应月球市场的需求，而且当生产能力有足够的成长以后，也可通过对地球市场销售而获利。基于月球的能源、矿产、制造、通信和运输等产业的发展将形成独立自主的“月球经济”，这些产业所需资金将主要来源于商业投资。当人类在月球的定居条件成熟以后，月球与地球之间的旅游以及相关的商业服务行业将发展壮大，因而形成两个星球间的双边经济。
I.2.8 地球收益
最初的月球基地建设将为地球居民提供诸多领域的商业机遇和就业机会，比如航天、机器人以及环境工程等。除了经济上的收益以外，这些成就也将直接推动各项科学和技术学科的进步，从而使地球居民的生活品质得到提高。比如，未来月球太阳能生产系统可为地球的各个地区提供丰富的、低成本的、清洁的太阳能动力，提高人民的生活水平，这对于发展中国家尤其具有特别的意义。
月球是离地球最近的天体，从这里开采的高品位矿物和原材料源源不断地向地球供应，这将为提高生活水平奠定物质条件。这物质条件包括使用由月球提供的清洁能源来淡化海水，为世界干旱地区输送纯净的饮用水源（详见第十章）。地外星球提供足够的能源和原材料，有望显著减少地球本身的矿物开采的依赖，减少化石燃料（这些燃料产生大量温室气体）和核燃料的使用。
I.2.9 国际合作
月球基地的建设与发展，将为国际间的合作和资源整合提供机会。月球的开发，如果按照过去的模式，由某些国家各自为阵地独立行动，会造成不必要的浪费，而且会受到许多限制。事实上，最初的月球基地的建设，如果国际间能够取得合作，将是最有效的途径。而且，和平发展，造福于全球，这本来就是外空间开发的出发点。因此为了全世界人民的共同利益，各个国家尽可能地参与月球基地的开发，这是非常重要的。而且，在月球基地建设上的国际合作，从最初的规划到项目的建设，以及后来的经营管理，这本身就会促进相关国家之间的和平交往。
I.2.10 未来生存
生存是所有生物物种固有的内在动机，人类也不例外。严重的问题是，自然界的灾难事件，如剧烈的小行星碰撞或彗星袭击，都可能摧毁整个的人类。尽管我们一直在为最大限度地减低天灾人祸的威胁而进行不懈的努力，但是对不可预测的人类未来生存而言，最可靠的措施还是到地球之外开拓可持续发展的永久“领土”。人类进入太空领域，首先是为了谋求发展与进步，但是也有第二位的考虑，这就是为遥远未来的人类生存着想：总的来说，人类的这些追求都是自然界中的健康力量。固然，人类不是完美无缺的物种，但是毫无疑问，人类文明发展的趋势是积极的。举例来说，全球的人权纪录一直在不断改善，而且有越来越多的国际机构在为环境保护作出贡献。
我们不能排除宇宙间存在另一种智能生命的可能，但是迄今为止，就我们对外星智能生命所作的探索而言，依然可以假设人类是宇宙中唯一的文明。由此我们可以认为，人类向月球和太阳系其他目的地的移民，不仅是为了确保人类本身未来的生存，而且也是在把人类文明这支积极的力量推广到更遥远的宇宙空间。
I.2.11 太空探索
建立在月球的开发基地最终将能大量生产太空探索所需的各种硬件设施。当技术成果积累到一定程度，就可以大量生产具有特殊功能的小型人造卫星以及有人驾驶或无人驾驶的大型宇宙飞船的各种部件，包括计算机、摄影机、传感器以及航天器刹车系统的防热罩等。这些宇宙飞船通过电磁模块操纵，可以从月球出发，飞往各个行星及其卫星和小行星带。这样一来，地球作为最主要空间探索基地的作用将被月球所取代。
届时，将对近地天体进行勘探和矿产开采。特别是那些对地球和月球构成碰撞威胁的星体，可以通过操作，使其脱离危险的运行轨道，而这些星体上所蕴藏的水、氢氧化合物和金属等将得到开采，然后提供给地球和月球。这种针对“行星和卫星”的空间探索能力将使人类更好地驾驭对地球的整体开发，更深入地对火星及其他行星及其卫星进行勘测。在月球基地之后的二十到三十年内，太空探索将继续进展，也许会运载机器人到邻近的星系去执行探测使命。
I.3 月球未来
对月球未来的开发前景，做出精确的预测是很难做到的。尽管如此，这种预测还是必不可少的，因为这些预测可以为规划人员对可供选择的行动方案的后果提供评价依据，包括是否采取这些方案，以及这些不同方案的效益和成本。在人类登展开月球行动的未来世纪，将会发生什么？考虑到科学认识和技术水平的发展成长，以及这些科技成果在月球探索与开发中的应用，到公元2100年，人类对于行星和卫星的勘测和开发将会取得哪些成就？下面是我们所作的一些预测：
? 到公元2100年，将有超过10万人在月球居住，将出现一个独立自主，自我管理的月球社会。将建成覆盖整个月球的公共服务系统，包括电力供应、通信、地面交通网络等为全月球服务的基础设施。
? 用月球表面风化层材料制造的太阳能电池阵列的建设得到极大的普及，兆瓦级的太阳能电站星罗棋布。月球生产的电能不仅能满足整个月球电网的需求，而且将大量向地球和太阳系内别的站点输送。
? 这些复杂的基础设施以及整个月球制造业将采用月球风化层中的材料资源，以及在太空衍生的材料，再加上大量供应的太阳能电力，这将生产出月球经济所需的各类产品，如电脑、机器人、建筑材料和通信设备等。
? 由于具备最理想的天文观察条件，月球将建设成太阳系最重要的天文观察平台。数以千计的望远镜将从月球对天体目标进行不间断的观察，在各个不同电磁波谱上取得高分辨率的观察结果。设置在月球的巨大的光学干涉法望远镜阵列，将探测太阳系周围其他星球，而且对它们的环境特征和是否具备生存条件进行分析。这些成果将为人类在外空星际间的迁徙奠定基础，这种迁徙常常被称之为：“大迁徙”。
? 测绘人员和机器人届时将测绘出详尽的月球地质地貌图。人类将完成环绕月球赤道的航天飞行，并将攀登月球上最高的山峰。每一座山峰、月谷和每一处溶岩管将得到勘测。在月球朝着地球和背离地球的两侧都出现了大城市，并出现大量的旅游产业。依托于环绕月球的铁路网，从月球任何一处到另外任何一处的交通运输可以在24小时内直达。
? 月球将取代地球成为最重要的航天基地。人造卫星、火箭和配备了电视摄影器材和科学仪器的可移动遥控装置将由月球生产并投入运行，飞向太阳系中各个需要考察的目标。机器人将被派往太阳系各个天体的目标地点去进行勘探，这些机器人也许会包括水下机器人（现在仅是猜测），前往木星的卫星——欧罗巴（即木卫二），探测那里的海洋。一支太阳能宇宙航行船队将往来于太阳系的各个星球之间，执行商业和科学考察方面的任务。
? 将通过设在月球的天文望远镜和由月球发射的宇宙飞船，对数以千计的近地目标星体（小行星和彗星）进行分析研究。一旦发现某个星体构成与地球或月球碰撞的威胁，月球制造的宇宙火箭即使其改变轨道以解除威胁。而一些靠近地球和月球的小行星和彗星将成为宝贵的矿藏。他们可以为地球和月球提供几乎无限丰富的原料，包括碳氢化合物、水以及金属元素，如钴、钯、铂、镍和铬等。
? 由月球制造的太阳能人造卫星将被安置在许多行星及其卫星的轨道上，成为这些星球的观察站，并以太阳光为能源连续不断地工作。月球也将向水星、火星等别的星球提供自己生产的的仪器和设备，这些设备将用来对这些星球进行全面的勘察和开发。然后，一个独立自主的移居火星的自治社会将参照之前的月球社会的经验模式建立起来。一个活跃的星际间的经济社会在地球、月球和火星之间形成。
? 使用月球生产的天文望远镜，在太阳系更遥远的地点建立起了天文台，它们将提供反应宇宙间诸多天体面貌的高分辨率图像。
地球将是月球开发的充分受益者，无论在技术开发还是在科学研究方面都是如此。地球将不再依赖于化石燃料。社会和技术的进步是人类发展的必由之路，否则就不可能全面改善地球居民的生活质量。
I.4 月球的召唤
寻找安居乐业的家园，是人类特有的美好愿望。在科学技术成为认识世界的有效手段的时代，如果对物质世界的认识停留在无知的状态，这是完全违反人类的自然本性的。因此，在未来的数十年中，我们应当积极推动太空勘探和月球移民的行动（行星和卫星计划），使人类成为未来的太空居民。太空时代终将成到来，它将给全人类带来美好的未来。
