现在，美国等其他20多个国家正在重返月球，随着时间的推移，这一活动将导致永久性基础设施的建立、人类的定期生活以及月球经济的出现。然而，关于人类如何在月球环境中生活以及需要什么样的设施，还有很多问题。

为此，奥地利充气结构科学家最近进行了一项研究，以确定轻质预制结构是否是合适的选择。根据这项研究，一系列环形充气结构可以以低成本运输到月球，然后在那里充气。栖息地将部分掩埋在月球表土之下，周围是太阳镜，可以将阳光直接照射到温室中。这种可充气月球栖息地提供了一种成本效益高、高度自给自足的方式在月球上建立立足点。

这项研究是在欧洲宇航局“发现和准备计划”的支持下进行的，该计划对新任务概念进行设计可行性研究，并帮助制定欧洲宇航局的探索战略。这项研究的目标是开发一种月球栖息地设计，以利用月球资源，称为原地资源利用ISRU——并实现自给自足。这一概念可归结为三个主要步骤，包括：

预制超轻充气结构

用一层表土覆盖结构，有效防止极端温度、陨石和宇宙辐射

使用名为“向日葵”反射镜将阳光直接照射到温室中，在晚上，电力由电池和/或燃料电池提供。

预制结构将被运输到月球着陆点，在那里它们将膨胀并覆盖在4至5米（约13-16.5英尺）的松散表土中。在每个栖息地上方，将竖立一个桁架，以支撑一个镜面膜，其设计用于跟踪太阳穿过天空。镜子本身由镀银的卡普顿Kapton构成，这是一种聚酰亚胺薄膜，能够承受极端温度和振动。这些阳光向下直射到栖息地，在那里一个锥形的镜子将其反射到周围的温室中。

预制结构的轻量化和模块化结构使其在运输到月球时非常具有成本效益。据此，这位科学家和他的同事们也分析了模块和宇航员可能的运输方法（基于现有或计划中的航天器）。虽然他们表示SpaceX星舰将能够将所有必要的部件运送到月球，但发射服务也可以由更小的火箭提供。

当然，选择着陆点也是非常重要的，科学家们选定了月球两极周围的地点。这是利用美国宇航局月球侦察轨道器LRO的数据和基于先前月球地质研究的照明模型完成的，这些数据2013年就有了。他们确定了两个最佳位置是南极附近沙克尔顿和德格拉赫陨石坑之间的C1连接脊和北极附近欣舍伍德陨石坑边缘附近的H0区域。

这些地点提供最佳的照明条件，靠近永冻区PSR或火山口底部，提供接近丰富近地表水冰的通道。这与美国宇航局最近为Artemis 3号任务确定的13个潜在着陆点清单（包括沙克尔顿陨石坑边缘，并基于LRO数据）一致。不过科学家们也指出，这个地形可能过于陡峭和崎岖，可能会存在机械不稳定性。

该团队还根据这些地点的太阳能照射情况对其进行了评估，在表面和太阳镜高度（10米和20米（33米和65.6英尺）处创建了照明轮廓。他们计算出，月球北极H0点最长的不间断全黑暗期为11天，而南极C1点仅为4天。在这两个考虑因素之间，北极地区的地形更为合理，而南部地区提供了更多的日光时间。

每个栖息地由房间模块组成，这些模块可以与其他模块连接，以扩展栖息地并增加总容量。关于建筑材料，团队调查了几种可能性，并建议使用碳纤维增强聚合物CFRP。他们特别推荐热塑性聚氨酯TPU或聚酯薄膜用于栖息地墙壁，Dyneema（两片聚酯之间层压的聚乙烯复合材料）用于制造支撑镜子的管。

主要模块是环形温室，其走廊直径为5.2米（17英尺），总直径为22.2米。这些温室通过隧道系统与附加模块（生活区和工作区）连接，附加模块连接在温室的外侧。团队建议从一个温室开始，并随着时间的推移添加额外的模块，以实现以下架构：

“我们建议建立一个由16个温室单元组成的“村庄”，这些温室单元呈双线性排列，以便在太阳沿月球地平线移动时尽量减少镜塔之间的相互阴影。温室、生活区和连接隧道都由双层充气箔制成，而承载上部镜子的塔楼则是由碳纤维管组成的低重量结构。此外，即使某些部件在事故中损坏，走廊的冗余也会保持部件之间的连接。”

为了节省重量，所有向日葵都由镀银箔制成，通过静电充电弯曲成正确的形状。这充分利用了月球表土的一个关键特征，即其带电性质导致其粘附在任何东西上（还会对机械和宇航员健康构成重大危害）。上反射镜以一定角度定位，以将几乎水平的阳光反射到环面的几何中心。从那里，它通过圆锥形反射镜通过由两个透明箔组成的窗口反射到温室中。这种反射镜系统将能够在月球日提供约65千瓦（kW）。正如他们指出的，这对于食品生产是必要的，但可能会导致热问题：

“虽然这种能量对于最佳促进光合作用是必要的，但在没有主动冷却散热器的情况下，它会使室内迅速过热。在我们的设计中，冷却系统使用氨和水作为工作流体。这样，在照明阶段，温室内的温度可以保持在接近26°C。在黑暗时期，主动冷却被关闭。我们可以让镜面卷帘覆盖窗户，以将热损失限制到最小。”

接下来，他们考虑了栖息地的生命支持系统和食品生产，以及如何将其作为满足宇航员所有需求的回收系统的一部分。对于大气要求，科学家们得出结论，在0.5巴的压力下，35%氧气、64%氮气和1%二氧化碳（CO2）的混合物将是温室的理想选择。这与地球略有不同，地球由23%的氧气、75.5%的氮气和0.06%的二氧化碳组成，在海平面上的气压为101.325千帕（1.01325巴）。

整个系统由太阳能驱动，是循环的，温室植物通过光合作用代谢二氧化碳，并产生氧气作为副产品。这不仅补充了宇航员的氧气供应，还防止了宇航员呼气中二氧化碳的累积。同时，非食用植物废物和排泄物将被堆肥，以产生天然肥料，帮助保持土壤健康。在晚上，过量的CO2被临时储存在低温容器中，并在白天重新引入。正如Herzig和他的同事所指出的，这创造了一个闭环生物相关系统：

“从长远来看，可以创造一个封闭的系统，其中每个温室单元生产足够的食物来养活两位宇航员，而不需要从地球上进口任何食物。一般来说，我们在小规模上创造了一个完整的可持续生态循环，就像我们在地球上创造的那样。”