月球是距离地球最近的一颗地外星体,所以月球也就成为了人类探索太空的第一块跳板。
那么探索太空的目的是什么?探索太空的目的是为了“用”。
而人类对于月球也仅仅走在了探索阶段,离“用”还有一段距离要走。
比如美国颁布的阿尔忒弥斯计划,还在为实现重返月球而努力。
当然在探索月球的过程中,目前来看中国走在了最前沿,目前已经完成了绕、落、回的任务目标,接下来就是勘、建、用的阶段。
所谓的勘、建、用,就是对月球各种资源的探索,在月球上建立基地,对月球资源的使用。
所以中国已经走完了第一步,接着就是第二步,勘就不用说了,建立基地中国也有了方案,就是利用月球亿万年前产生的熔岩隧道建立基地。
这种熔岩隧道不仅坚固可以抵抗大部分的陨石袭击,甚至还会提供一个适合生命生存的17度恒温环境。
最后就是用,使用月球的资源,最关键的一步就是如何将资源运回来。
关于运输问题,目前可以做到的也就三个国家,美国、俄罗斯和中国。
比如美国采集了三百八十二公斤的月球样本,俄罗斯采集了三百零一克的月球样本,中国嫦娥五号采集到了不到两公斤的月球样本。
虽然三个国家做到了可以将月球物质运回地球,但这些传统的手段,成本太高,运输的频次极低。
比如美国批准的一间私人公司叫做月球捷运的公司,他们的目标是到月球上进行采矿。
他们做过一次测算,以现在传统的技术,从月球上带回物质,一公斤就需要四万四千美元。
而任何进入到使用阶段的资源,必然要遵循商业化开发的条件,不仅运输的频次要高,成本还必须压到最低才行。
不然产品就会出现居高和寡无人问津的局面。
所以按照传统模式进行采样返回,给实验室提供样本还行,但要商业化开发就不合适了。
那么突破商业运输就是一个非常重要的环节了,如今中国将这一技术给突破了。
磁悬浮旋转抛射技术任何的技术实现都是利用现有的技术积累才可以完成的,磁悬浮旋转抛射技术,就利用了目前人类掌握的两项成熟技术。
其一磁悬浮技术,其二旋转飞轮技术。
当然这两项技术仅仅是可以将月球资源运输回来的一个关键技术,整套技术还得将月地返回系统作为依靠。
不然一切都是幻想。
显然中国已经具备了这三个条件。
就剩下如何利用两项技术打造出磁悬浮旋转抛射技术来了。
那么这项抛射技术依照的什么原理呢?
想要实现月球运输,首先得克服月球的束缚,让运输的物质在月面上获得一个可以得到一个逃逸月球的速度,然后调整方向将物质送到月球到地球的返回轨道上。
那么如何获得逃逸月球的速度?
中国科研人员采用了一个特殊方法——旋转。
比如在掷铁饼比赛中,运动员为了让手中的铁饼有更高的速度,都会在投掷铁饼之前,让身体在原地进行旋转。
理论上说,只要旋转的力度越大,圈数越多,那么投掷出去的东西所聚集的能量就越多,获得的速度也就越大。
当然这么做还不够,为了让逃逸速度更加的容易获得,这就需要让返回舱悬浮起来,然后再进行旋转。
而且返回舱悬浮起来,还会得到一个意想不到的结果,整套设备的机械磨损会降到最低,大大的延长设备的寿命。
所以两项技术相结合,最终就出现了磁悬浮旋转抛射技术。
而且这套技术最关键的一点,获取的能量会非常的容易,因为在月球上价格最低廉的能源就是太阳能转化出来的电能。
要知道月球每年接受的太阳能,相当于人类每年耗能的两万五千倍。
虽然月球有长达半个月的夜晚和白天,可科学家们提出设计一种大型月球车,在月球上会追着阳光行走发电,可以让太阳能全年无休的进行发电。
而且月球上根本就不缺少制作太阳能板的材料,也就是说在太阳能转变成电能中,消耗最大的太阳能板的成本同样低廉。
这样电能就可以做到随时产出随时消耗,这可比传统月面返回系统使用的化学能源要方便和便宜很多。
毕竟化学能是需要从地球一路携带过去的,运输成本会高的离谱。
而太阳能转化的电能基本上就不存在成本问题。
中国的科研人员为了,让设备能够适应月球的温度,还采用了超导电电机,这种电机的工作温度在五十K到六十K之间,而月面的最低温度是九十K。
工作温度和月球最低温度接近,会减小工作过程中冷却的耗能,因此冷却系统还可以进一步缩小。
毕竟目前的技术一旦涉及到超导设备,冷却系统就是设备中最麻烦最大的系统。
目前这套系统的总质量是八十吨,直径会达到一百米。
最难能可贵的是,整套系统会有70%的能量在完成抛射之后,能够进行回收。
厉害吧!
基本上抛射一次需要的时间维持在十分钟左右。
月球上丰富的资源月球上的资源极其丰富。
比如上文中提到的太阳能,将这些太阳能转变成电能收集起来,运到地球上使用,这将让月球成为人类的一个巨大能源库。
当然前提是进一步压缩月地返回的运输成本才行。
再有就是著名的氦3,月球上的氦3资源有一百多万吨,可以让所有人类使用一万年以上。
中国研发的这套抛射系统,可以每年稳定的获得五吨氦3,这些氦3的价值在一千亿元以上。
除此之外,月球上还存在着大量的放射性元素钚和锶。
别看月球上没有大气层,但在月球的两极却存在着高浓度的氢气。
最为关键的是,在月球上采矿可不会像地球上一样,需要挖洞,只需要将月面上的月壤铲起来就可以了。
危险性和地球上的采矿不可同日而语。
当然,月球上的资源也是有分布的,比如,铁和钛含量最多的地方,就分布在几个区域。
而月球上维持生命生存的最重要的水资源,分布最多的地方就在南北两极五六座环形坑里,这些坑的面积也就方圆几百米而已,属于稀缺性资源。
太空采矿上文中就提到过,月球是人类进入到太空探索的一个跳板。
所以随着人类对月球资源开发的熟练度提升,以及成本的压缩,人类的目光最终会定格在宇宙中的小行星采矿上。
因为宇宙中的小行星的矿藏可要比地球丰富的多,比如距离地球最近的阿波罗小行星群。
这个小行星群的轨道近日点在地球轨道内部,远日点在地球轨道外部,是地球上陨石最重要的一个来源地。
所以人类对这个小行星群非常的了解。
直径在一百米的小行星就有一千到两千颗,直径在半公里的有一百颗以上。
这些小行星几乎都是一颗颗的金属行星,包括的金属有铁、钴、镍、锰、甚至是还含量极高的黄金和铂金。
所以一旦从月球采矿的技术发展起来,那么人类从宇宙中获取资源也就会变的异常轻松,甚至会成为常态。
毕竟地球上的资源是有限的,而且很多都是不可再生的。
其实科学家们很早以前就对这种太空资源的获取想过很多的办法。
比如传统模式,利用宇宙飞船将矿石运往地球,或者干脆直接让小行星的的轨道发生变化,飞向地球。
当然了第二种方法怎么看,都具备太高的威胁性。
毕竟一个操作不好,就会造成陨石砸落地球的事情发生。
再有一种方法就是使用天梯管道运输法来进行运输,首先发生一颗地球同步卫星,然后地面上的一个点和同步卫星建立一根管道,接着同步卫星再和资源星建立一根管道。
这就像是运输石油一样,让地球和资源星之间有了一根直接连通的运输线。
这种方法看起来不错,但要解决很多问题,首先是地球和卫星的连接,几万米的高空巨大的风力会将管道吹的摇摇晃晃,甚至发生解体。
然后卫星和月球进行连通,地球是自转的,管道会在这种自转过程中发生断裂。
所以很多以前设想的太空矿物运输是无法实现的,但中国设计的这套磁悬浮旋转抛射返回系统就不一样了。
只要将矿物装到返回舱中,利用这套系统抛射出去,只要返回舱达到了月球逃逸速度,就可以轻松的脱离月球。
这个时候,再利用成熟的月地返回轨道技术,让返回舱抛射到返回轨道上。
返回舱就可以一路顺利的到达地球轨道,然后被接受并返回地面。
所以从返回舱到进入到月地返回轨道,再到地球轨道,消耗的能源也只有在月球上收集到的太阳能而已。
这一段的成本几乎为零。
而且前文提到,抛射一次需要十分钟,就算是加上各种准备时间,将抛射周期拉长到半个小时一次。
一天还能抛射四十八次,每一个返回舱的重量可都是抡吨算的。
所以以目前的眼光来看,中国的这种运输技术才是最稳妥,最合适的。