第253章 登月

  李水旺新一期视频：

  假如我是一名美国人，那我肯定就有这样一个疑惑:为什么自上世纪 70 年代后，我们就再没重返月球。几十年前，短短几年间，我们就成功完成了六次登月任务，而此后近半个世纪，美国乃至其他任何国家，都再没有將人类送上月球。与此同时，我们相关的技术已经有了翻天覆地的进步，尤其是计算机和机器人技术。火箭性能更优，金属的质量控制水平大幅提升，我们还能製造出比 60 年代末轻便得多、性能也更优越的设备。事实上，美国完全可以轻鬆开展新一轮的登月任务，美国国会也根本不吝於为此拨款，因为纳税人大多不会反对这项开支。欧盟、俄罗斯、中国、日本，坦率地说，几乎所有二十国集团的国家，都拥有开展登月任务所需的技术和基础设施。那为什么至今没有任何一个国家这么做呢？

  当然，有些人肯定怀疑我们当初根本就没登上过月球，认为整个登月事件都是偽造的。在这个修图软体和计算机图形技术普及的时代，很难说服这些人。我偶尔会听到有人说，通过望远镜就能看到阿波罗登月的遗址，但这並非事实。即便是哈勃望远镜，也没有足够的解析度看清月球表面的细节。就算它能看清，我想也无法说服那些质疑者，因为总有人会说视频信號被动了手脚。我们能从太空中看清地球上的人造物体，但月球与我们的距离，比那些观测卫星与地球的距离远了大约一千倍。凭藉我们现有的望远镜，哪怕是商用的高端望远镜，也无法看到月球上的任何人造物体。

  所以很多人认同 “月球骗局” 的说法，我想主要是因为他们实在无法理解，为什么我们此后再也没有重返月球，其他国家也没有这么做。但现实很简单：就目前的情况而言，重返月球並没有太多实际的益处。採集更多的月球岩石样本或进行钻探取样，当然是件好事，但以这样的成本来看，这並非一项特別紧迫的任务。有很多其他更高优先级的科学研究，花费更低就能开展。就算我们要做这项研究，最终也会使用机器人，而这就失去了我们想要再次將人类送上月球的意义。採集样本说到底只是我们这么做的一个藉口，所以当有人不可避免地指出，机器人能以更低的成本、更高效地完成这项工作时，我们最终就会既不送人也不派机器人，因为我们其实並不需要更多的月球岩石样本。

  我猜想，假以时日，即便技术没有进一步的发展，总会有人再次登上月球。但要让这项任务不只是一场彰显国家精神的行动，我们必须有真正的理由让人类 —— 而非机器人 —— 登上月球。载人火星任务之所以如此吸引人，除了它是向前迈进的一步，而非重复过去的辉煌，还有一个原因是，地球与火星之间的通信存在数分钟的延迟，而地球与月球之间的延迟只有短短几秒。因此，在月球上，我们几乎可以实时操控机器人，並不需要有自主思考能力的人类亲自在月球上监督各项操作，或是亲自出舱行走来推进相关工作。要推动月球探索的发展，我们需要一个真正站得住脚的理由，不仅是將人类送上月球，更是让人类在月球建立永久的存在，而非仅仅依靠机器人。

  那我们来看看，月球拥有哪些地球所没有的东西。遗憾的是，这个清单並不长。首先，月球缺少地球拥有的两样东西：大气层和引力场。引力是太空旅行的一大阻碍，而月球的引力要小得多，大气层的情况也是如此。月球拥有而地球稀缺的东西是氦 - 3。说实话，地球上的氦 - 3 储量极少，月球上的储量也不算多，但看起来比地球上要多得多。这种相对丰富的氦 - 3 资源，引发了大量关於开採月球氦 - 3 用於核聚变的討论。2009 年有一部製作成本很低但非常优秀的电影叫《月球》，讲述的就是月球氦 - 3 开採的故事。当然，近年来各类通俗科普刊物上也刊登了大量相关的文章。

  但问题在於，我们目前还没有能將氦 - 3 用作燃料的核聚变反应堆。去年我们探討过核聚变的影响，其潜力是巨大的：仅仅几公斤的核聚变燃料，就能產生大约十亿千瓦时的电力，价值一亿美元。诚然，往返月球的成本不菲，但也並非高得离谱，尤其是当我们在月球建立基地，只需要將开採的氦 - 3 运回地球时。月球往返之旅的成本相对较低，因为月球的引力很小，太空飞行器很容易脱离月球，而地球的引力又能帮助太空飞行器返回，还能让太空飞行器在重返地球大气层时减速。

  因此，开採氦 - 3 绝对是我们重返月球並在月球长期驻留的一个合理理由。每年只需要运回 10 到 20 吨氦 - 3，就能为美国的电网供电。但话又说回来，我们目前还没有核聚变反应堆，而且我们开展的主要核聚变研究项目，使用的燃料都不是氦 - 3，而是氘和氚这两种氢的同位素。因为核聚变的一大难点，是克服库仑势垒 —— 两个带正电的原子核之间的排斥力。简单来说，氦 - 3 由两个质子和一个中子组成，而氚由一个质子和两个中子组成，氘由一个质子和一个中子组成。让两个质子相互靠近是非常困难的，同性电荷相互排斥，而氦 - 3 的质子数是氘和氚的两倍，所以从基本原理来看，要实现氦 - 3 的核聚变，反应堆內部需要达到的温度大约是氘氚核聚变的十倍。

  氦 - 3 和氘的核聚变反应確实是一种优质的能源，但它的实现难度远高於氘氚核聚变。而且氘和氚在地球上的储量相对丰富，核聚变终究是核聚变，只要我们能研製出任何可投入使用的核聚变反应堆，就能彻底改变世界。氦 - 3 相比氘和氚的主要优势，在於它属於无中子核聚变，拥有诸多潜在优势，尤其是在製造紧凑型反应堆方面 —— 这种反应堆不会占据大片城市区域，甚至有可能被安装在太空飞行器上，而不会让太空飞行器变得像航空母舰那么庞大。

  儘管核聚变的潜力巨大，但它並不一定能直接应用於太空飞行器，因为反应堆的质量功率比对於太空飞行器来说至关重要。我们探討过很多种如果拥有大量电力可以採用的发射方式，比如质量加速器和发射环，但氦 - 3 核聚变反应以及无中子核聚变反应堆，比氘氚核聚变反应堆更有希望被小型化，成为太空飞行器上实用的动力源。

  但即便如此，对於从地球发射的太空飞行器来说，我们也不一定需要从月球获取氦 - 3 作为燃料。我们之所以重点研究氘氚核聚变，是因为它是目前所有核聚变反应中最容易实现的。理想的核聚变反应堆，除了直接使用普通氢作为燃料的反应堆，就是氘氘核聚变反应堆，因为氘在地球乃至整个宇宙中都非常丰富。氘氘核聚变需要的温度比氘氚核聚变高，但远低於氦 - 3 核聚变，而且氘氘核聚变反应堆的副產品就是氚和氦 - 3。如果我们需要氦 - 3，直接从反应堆中提取即可。而且，所有未被利用的氚会衰变成氦 - 3，这也是我们目前获取氦 - 3 的主要途径。我们利用氚来提升核聚变炸弹的威力，而氚的半衰期只有十二年左右，所以我们必须从中提取出氦 - 3，再补充新的氚。

  值得一提的是，即便氦 - 3 无法用作核聚变燃料，它依然是一种有用的物质。如今氦 - 3 有很多应用场景，每克的价格高达数千美元，是黄金的数百倍。按照目前的市场价格，从月球运回一吨氦 - 3，就能卖到数十亿美元。当然，一旦氦 - 3 的供应量大幅增加，其价格预计会大幅下跌。目前美国的氦 - 3 年供应量仅约 8 公斤。这就像我们说小行星上有上百吨铂，价值数万亿美元，以此来激发人们对小行星採矿的兴趣一样。从稀缺性的基本经济学原理来看，在我们將所有氦 - 3 卖出之前，它的价值就会大幅缩水。

  所以虽然我不想说月球上的氦 - 3 储量被过度炒作，但我们实际上不太可能为了將其运回地球而大规模开採月球氦 - 3。而且月球上的氦 - 3 储量也並非那么丰富，並非像水洼一样隨处可见，隨手就能收集起来运回地球。月球上氦 - 3 的总体浓度约为十亿分之一到十亿分之十，在永久阴影区，浓度最高可能达到十亿分之五十。因此，如果我们想要每年获取 10 到 20 吨氦 - 3 来为美国电网供电，每年就需要处理至少十亿吨的月球表岩屑。

  但氦 - 3 作为星际太空飞行器的燃料，確实有著很大的潜力。也就是说，月球很容易成为早期和中期星际旅行的 “油田”。当然，在太阳系更深处，还有更优质的氦 - 3 来源。但这並非月球能为我们提供帮助的唯一方式，只是最近比较受关注的一种。我们一直在寻找理由，让人类在月球大规模建立永久基地，让数十甚至数千人在基地生活工作。即便我们研製出了能使用氦 - 3 的核聚变反应堆，氦 - 3 开採或许也並非那个能让我们下定决心的理由，除非出於某种原因，这种反应堆成为了唯一具有商业可行性的核聚变反应堆，但这种可能性並不大。不过，无中子核聚变反应堆確实有著诸多显著优势，或许会让这种情况成为现实，但即便如此，可能性依然不大。

  那还有哪些其他的理由呢？再次强调，由於月球没有大气层和强引力，它是建立基地的理想之地。在月球上採矿要容易得多，在某些方面，利用太阳能供电也比在地球上更便捷。低引力让採矿和地外运输都变得轻鬆不少。月球表岩屑中富含氧、硅、铁、钙、铝和镁，含量依次递减。我们当然不会为了地球而开採这些资源，因为地球上的储量十分丰富，但隨著太空基础设施的逐步完善，这些资源对於建造空间站和太空飞行器来说至关重要。对於地外设施的建造而言，月球是比地球更好的原材料来源，因为我们无需將这些物资穿过数英里厚的大气层，也无需克服地球的强引力。