欢迎来到第二次太空竞赛。你感到似曾相识是可以理解的。上一次，是苏联和美国争相率先插上旗帜。如今，是美国和中国之间奔向月球表面的冲刺——还有一众友好程度各异的竞争国家——外加一大批私营航天公司。而这一次，他们似乎准备安营扎寨了。竞争者声称，月球上将会出现基地，星空下永久居住的城堡。

月球基地的概念，听起来或许天马行空，但并不新鲜。但今年，在局长 Jared Isaacman 的领导下，NASA 一直在密集发布大胆的公告。如果一切按计划推进——这个计划启动阶段可能耗资数百亿美元——将会出现无人机、机器人着陆器、通信卫星和一座核电站；会有植物温室和月震传感器；会有机械化侦察器探索陨石坑寻找水。

美国目前计划于 2028 年开始的首次宇航员登月任务，将聚焦于探索和技术实验。但其构想是，我们将在 2030 年代的某个时候，达到这样一个阶段：拥有可供长期驻留的居住舱，周围环绕着科研站、资源开采和加工厂以及飞船着陆场的网络。“它将是一片广阔的区域，”NASA 月球基地项目经理 Carlos García-Galán 说——总面积将达到“数百平方英里”。

这一努力无疑受到民族主义竞争的推动。中国有着几乎相同的计划，要在月球上建造自己的基地。而抢先一步至关重要，因为“胜利者”将有权定义规则。月球究竟是什么？是军事化前哨？是制造业中心？还是需要研究和保护的荒野？

但前往月球还有其他理由。地球的伴侣上保存着原始岩石，其中蕴含着整个太阳系形成的线索。月球表面几乎没有大气层遮挡，是放置望远镜的理想场所，可以观测宇宙最古老的时期。月球背面将是“探索更遥远宇宙的绝佳之地”，欧洲空间局局长 Josef Aschbacher 说。而且从低重力的月球表面发射火箭比从地球发射要节能得多，这意味着将宇航员——或机器人航天器——送往太阳系更远处将变得容易得多。“月球至关重要。它将是走向更远——即火星及更远处——的踏脚石，”Aschbacher 说。

但如果这些大胆的愿景要成为现实，还有大量艰巨的工作要做。一座庞大的月球基地必须对其宇航员居民安全——要抵御坠落的小行星、无尽的宇宙辐射、锋利如刀的月尘和折磨人的温差。它还必须在一定程度上自给自足，以便经受政治风云变幻，且维护成本不至于高得惊人。为此，我们需要找到利用月球资源维持基地运转的方法——最好还能产生收入。我们还需要自主机器人，即使人类主人不在场，也能建造、维护和扩展基地。“这几乎就像从零开始建立文明，”威尔士班戈大学核未来研究所联合主任 Simon Middleburgh 说。

假设我们能克服这些起步阶段的挑战，几十年后——比如说，到 2100 年——我们最初的月球基地可能从几乎看不见的结构成长为发光的城市，或许与世界各地作家和编剧所梦想的城市相差无几。“这就像今天的科幻小说，我们真的想把它变成现实，”García-Galán 说。会有人成功吗？

月球是一个极其恶劣的扎营之地。一般来说，白天温度可达 250 华氏度以上；夜间则可能骤降至零下 200 华氏度以下。暴露在太空真空中，月球表面不断受到致癌辐射的轰击，并频繁被流星体撞击。而其火山尘埃黏稠且具有腐蚀性，既毁坏设备又堵塞肺部。

遗憾的是，NASA 锁定的目标区域——月球南极——条件更加严酷。NASA 想在那里建基地，是因为其永久阴影陨石坑被认为蕴藏着水冰资源，这比黄金还要珍贵。将其净化，就可以灌溉作物和为宇航员补水；将其分解为氧气和氢气，就有了可呼吸的空气和火箭推进剂。但这些陨石坑内的温度可能低于零下 410 华氏度，使它们成为已知宇宙中最寒冷的地方之一。在这些坑洞外的表面上，宇航员将在炙热的阳光下暴晒 14 天，然后经历同样漫长的严寒之夜。

但我们能花在安全上的钱是有限的。“归根结底是可接受的死亡风险，”佛罗里达太空研究所的航天工程研究员 Philip Metzger 在思考一些危险时说。“在不破产的前提下，我们能合理地在什么条件下生存？”

温度是最容易解决的问题之一。材料科学已经取得了长足进步，有无数种金属、陶瓷、塑料、化合物和合金能够抵御剧烈的温度波动。散热器可以保持低温；加热器可以防止电池过早失效。宇航员穿着精密的宇航服也能安然无恙——但这项技术仅在短暂的舱外活动中得到了验证。目前尚不清楚这些设备在这种极端条件下能运行多久。

月球南极陨石坑内的温度可低至零下410华氏度，使它们成为已知宇宙中最寒冷的地方之一。

在这些坑洞之外，宇航员将在烈日炙烤下度过14天，然后经历同样漫长的极寒之夜。

太空辐射对电子设备造成严重破坏，并可能引发细胞癌变分裂，其危害要大得多。正如位于休斯顿的NASA约翰逊航天中心的物理学家斯图尔特·乔治所解释的，太空辐射以两种令人头疼的形式出现。

第一种是银河宇宙射线，几乎持续不断地倾泻到月球上。“它们由超新星和中子星合并等过程产生，”乔治说。由于构成它们的原子核、质子和电子以光速的相当大比例运动，这些宇宙射线拥有大量动能，意味着它们可以轻松穿透薄屏蔽层（比如金属墙壁）。“它们还有一个特点，就是较重的离子会在屏蔽层中碎裂并产生次级粒子，”乔治说。这意味着如果你的屏蔽层太薄，后面的宇航员将受到出乎意料的大剂量辐射轰击。

然后是太阳。它可能维持着地球上的生命，但如果没有我们星球厚厚的大气层和磁泡的阻挡，月球漫步者偶尔会遭到太阳剧烈活动的轰击：太阳耀斑（多种辐射的爆发）或日冕物质抛射（磁化等离子体的喷射）。“在阿波罗计划期间，他们知道如果宇航员在月球上时发生大规模太阳耀斑，就无法维持他们的生命，”梅茨格说。宇航员可能会患上急性辐射病，并在几天内死亡。

在强烈的太阳耀斑或日冕物质抛射中生存的方法很简单：“回到屏蔽更强的栖息地内，”乔治说——最好是一个专门的、高度屏蔽的“风暴避难所”，本质上是一个厚壁掩体。问题在于宇航员可能正在基地外，驾驶月球车行驶在数英里之外。日冕物质抛射需要数小时到数天才能到达地月系统附近，但太阳耀斑可以在不到一小时内到达。而科学家目前还无法对太阳进行足够好的建模，以提供足够的预警时间。“所有预测太阳风暴的能力，大致相当于20世纪50年代和60年代的天气预报水平，”乔治说。

至于那些穿透力强的银河宇宙射线，唯一的规避方法是在宇航员和天空之间放置大量物质——可能是月球岩石。“在地下建造栖息地模块，”科罗拉多矿业学院太空资源中心主任、工程学主任克里斯·德雷尔说。一种选择是：将居住区嵌入熔岩管中，这是亿万年前熔岩自然形成的空心火山隧道。目前，NASA尚未提及任何将其月球基地建在地下的计划，但如果它想最终建成一座小型月球城市，可能就需要这样做。

辐射限制了宇航员一生中能在月球表面停留的总时间——专家估计，最多总计约两年，超过这个时间健康风险就会过高。不幸的是，太空对他们的威胁还不止于此。今年早些时候，当阿尔忒弥斯二号宇航员绕到月球背面时，他们看到下方银色大地上闪烁着奇异的光芒。那是小型流星体撞击月球表面时爆炸消亡的景象。

地球天然受到保护，免受直径约50英尺以下的较小太空岩石的撞击：它们在大气层中无害地燃烧殆尽。“在月球上你没有这个选项，”加州大学圣巴巴拉分校的物理学家和行星防御研究员菲利普·卢宾说。由于较小的岩石撞击行星和卫星的频率远高于较大的岩石，这意味着月球经常被实际上相当于微型太空子弹的物体击中。它们可以轻易刺穿宇航服或月球车的发动机。

如何保护宇航员免受这种冲击？“最简单的答案是掩埋，”马里兰大学行星地震学家尼古拉斯·施梅尔说——巧的是，这与应对辐射暴露的方法相同。将月球岩石堆在基地墙壁上，或将居住结构放入熔岩管中。

不便之处在于，总有可能出现更大的小行星。即使是掩埋的居住模块，也难以在直径50英尺——大约相当于一辆半挂卡车的长度——的撞击中幸存。

这并不意味着月球基地面对更大的小行星就束手无策。行星防御在短短几十年间已经取得了长足进步。NASA的DART任务证明，它可以通过用无人航天器撞击岩石来偏转小行星，而美国各地秘密实验室的前沿实验表明，核弹可以击退或完全汽化偏离轨道的太空岩石。一系列专门用于侦测杀手级小行星的地基和天基望远镜——例如由四台高度自动化望远镜组成的ATLAS系统，以及即将发射的NEO Surveyor红外望远镜——也计划在未来几年内发现90%可能摧毁整座城市的近地小行星（直径达460英尺的那些）。

所有这些防护措施都适用于月球。但直径50英尺的小行星极其隐蔽，即使NASA最好的望远镜也很难提前数年甚至数月发现它们。很可能直到它们即将撞击月球表面前不久才会被首次观测到。然后怎么办？

设想在月球上设置若干类似炮塔的发射阵地并非不合理——由于重力较低且没有大气环境，这些阵地可以迅速向来袭小行星发射弹丸。只要撞击力足够大，就能将其击碎成碎片。但一定要在它尽可能远的时候开火：“如果你把一块东西打碎成一千片，那月球上就会遭受一千次撞击，”Lubin说。“这可能比让它集中撞击一个地方更糟糕。”

基地被小行星摧毁固然可怕。但月球基地更可能面临的威胁是尘埃——与陨石不同，尘埃无处不在，无时不在。

月球上的火山岩破碎后，会变成尖锐、带静电、有粘附性、有腐蚀性且具有磨蚀作用的颗粒。当年在月球上，吸入部分这种尘埃的阿波罗宇航员偶尔会患上一种奇怪的“月球花粉症”，导致眼睛发炎、肺部不适。同样的尘埃还能轻而易举地侵蚀各种装备。“它会撕裂密封件、齿轮、电机、宇航服、居住舱——以及它接触到的一切，”Lunar Outpost公司CEO Justin Cyrus说。该公司是一家航天技术企业，正在为NASA提供阿尔忒弥斯计划的一辆月球车。

NASA已经开发出一种针对这些暗色碎片的防御手段：电动尘埃防护罩（electrodynamic dust shield，简称EDS）。构成这种防护罩的轻质电极——可以铺设在机械、墙壁甚至宇航服上——利用反向电流将带静电的尘埃吹走。EDS在地球实验室测试中效果奇佳，并在2025年作为NASA资助的机器人任务的一部分被送上月球表面时，也展示了其防尘魔力。

约翰逊航天中心的尘埃缓解研究员Amy Fritz表示，EDS很可能将广泛应用于月球栖息地的各个角落。但其他防尘工具也在开发中——包括一种受壁虎皮肤启发的滚筒式装置，以及一种使用电离氮气的科幻风格喷射器。它第一次喷射会中和尘埃的电荷以消除其粘性；第二次喷射则将其从表面清除。

令人烦恼的是，基地越繁忙，尘埃问题就越严重。当基地扩展到小城市规模时，火箭飞船将需要频繁地向月球表面运送货物和人员。每次起飞和着陆都会向四面八方扬起大量尘埃，淹没基地的基础设施。“你必须担心每次都会被喷砂一样冲击，”Fritz说。

Metzger计算得出，即使着陆平台距离基地超过3000英尺，仅10到20次起飞或着陆就足以严重损坏外墙防护涂层和通信设备等设施。他说，过一段时间后，“一切都会坏掉。”

即使未来的月球基地部分建在地下，设有阻挡微流星体和太空辐射的屏障，并配备了完善的防尘技术，对任何宇航员来说仍然是一项高风险的工作。在地球六分之一重力下以异常敏捷的方式蹦跳行走会很有趣。但“微重力对人体不利，”Dreyer说。肌肉萎缩、心血管问题、呼吸系统疾病和免疫缺陷都可能出现。

辐射也可能始终困扰着月球居民。还有证据表明，即使经过严格的消毒程序，致病微生物仍可能偷偷潜入航天器。这些微生物的行为可能与在地球上不同；微重力实验（包括真实和模拟的）表明，有些微生物会变得更具攻击性，更容易致病。“我们称它们为隐形乘员，”NASA生物与物理科学部主任Lisa Carnell说。

为了找到保护宇航员的更好方法，Carnell牵头了一项名为AVATAR（虚拟宇航员组织模拟响应）的实验，该实验搭载在阿尔忒弥斯二号任务上发射。它使用了拇指驱动器大小的芯片，内含取自心脏、肺部或身体其他部位的细胞，可以激活使其像微型器官一样运作。科学家此前已将这种器官芯片技术用于在高度受控环境中测试新药等目的。在阿尔忒弥斯二号任务中，Carnell的团队送上了含有该任务四名宇航员骨髓样本的芯片。骨髓制造红细胞、白细胞以及血小板——这些物质几乎影响整个人体。因此，观察太空辐射和微重力如何影响骨髓，将为Carnell及其团队提供关于宇航员在月球上生物学变化的重要见解。

器官芯片的优势在于，你可以为任何宇航员制造它们，然后提前送入太空，观察该宇航员的器官将如何对太空飞行做出反应。研究人员设想，来自此类芯片的数据将能够提示医务人员采取特定的预防性治疗或药物，以帮助奔月宇航员在旅途中保持健康。

NASA 更有可能在近期先送什么上去？"大脑类器官，"Carnell 说。是的，她补充道——这听起来超级奇怪。但在人们开始在那里生活之前，了解一个真实的大脑在月球上待几个月会如何反应，会很有价值。

好吧。你庞大的月球基地及其居民已经尽可能地被保护起来，免受险恶月球环境的侵害。但宇航员的时间极其宝贵，而人类是脆弱的生物。你不能让他们做所有的重活，这意味着无论你是想建造一个小型月球前哨站还是一座小城市，你都需要大量机器人。"在最初几年，月球基地的建设几乎 99% 将是机器人完成的，"NASA 的 García-Galán 说。

自主性从一开始就会存在。NASA 新版月球车——其月球地形车（Lunar Terrain Vehicle）——可以由乘坐其中的宇航员驾驶，也可以从地球（或月球其他地方）远程操控。还有增加模块化机械臂、牵引车和货物搬运车的设想——所有这些仍处于规划的初步阶段。

然而，在未来几十年里，我们很可能需要一支机器人军队来执行我们的命令：挖掘机挖掘月球岩石，这些岩石可以转化为混凝土和砖块；还有其他机器人来平整表面、挖掘沟渠、建造建筑地基、铺设着陆坪，以及建造挡尘护堤，以保护基地免受发射和着陆时的喷砂侵蚀。甚至太阳能电池板和电线也可能由月球岩石制成——太空飞行公司 Blue Origin 于 2023 年在地球实验室中展示了这一点，他们使用了一种旨在匹配月球风化层成分的地质模拟物。

为这支机器人军队提供动力需要大量能源。长达两周的夜晚使太阳能成为不切实际的解决方案。除了一大堆高容量、耐极端温度的电池外，核能可能是唯一可行的选择。一个汽车大小的小型核反应堆，装填几乎是一把量的铀，就可以为一个小村庄供电十年而无需补充燃料。尽管还没有人在月球上测试过核反应堆，但很少有人怀疑 NASA 和美国能源部能够设计出一个可行的方案——这个方案或许与核潜艇上的反应堆相差不大。2100 年的月球基地可能会配备多个小型、自主或远程操作的核反应堆，方便的是，基地扩建机器人可以直接接入这些反应堆进行充电。

但月球上最大的问号可能是水，规划者希望用水来支持宇航员——并制造燃料以便从月球表面发射物体。一种称为电解的过程，利用电力打断分子键，可以将水分解为氧气和氢气，两者都可用于制造火箭燃料。以这种方式获取它们可能比从地球一路运送要便宜得多。额外的好处是，它还能提供可呼吸氧气的来源。

轨道数据显示，月球南极的一些区域保存有一定量的水，但人们对实际水量、存在形式或提取难度知之甚少。那里会不会有整片的固态冰，等待我们去挖掘？还是会有零散的冰晶混杂在岩石颗粒中，需要更具创造性的提取方式？

据认为，月球的大部分水隐藏在月球南极深邃黑暗的陨石坑中，那里的环境极其极端，机器人可能会冻结、翻倒或与基地失去联系。"对我来说，这是最大的障碍，"密歇根理工大学行星表面技术开发实验室首席研究员 Paul van Susante 说。

Van Susante 的实验室一直在将各种建筑机器人放入充满模拟月球岩石的类月球真空舱中进行测试。他的团队参与了 NASA 最近的 Break the Ice 挑战赛，该挑战赛邀请工程师建造机器人，以测试挖掘此类岩石的不同方法。一些团队使用了电动凿岩机和铲斗，而其他团队则使用刮刀剥离地面层。各团队使用起重机来提升和抵消机器人的重量，以模拟月球的微弱重力。这方面的进展正在加速。"我不会说这个问题已经解决，但我们已经掌握了很多拼图碎片，"van Susante 说。

开采水只是庞大作业的一部分。"当你提取它时，它不会很干净。它需要被净化，"德克萨斯 A&M 大学的太空植物学家 Jessica Atkin 说。这样做的技术已经存在，并且在地球上运行良好。但太空中的事情永远不会如你所愿。"国际空间站（ISS）上有一套水净化系统，它以容易被微生物污染而闻名，"她说。

但如果你将水充分净化——这在地球上可以轻松实现，但在微重力环境下可能会出问题，因为流体的流动方式更加奇特——那么你的月球基地就能步入正轨。有了有效的水回收系统，一个人口不断增长的基地将永远不会缺水——而且，也许，你还能拥有一个月球温室。几种可食用植物已在国际空间站上成功种植，包括生菜、芥菜、西红柿和辣椒。不幸的是，月球尘埃是非常糟糕的种植介质：它含有过多的铝——而且浇水后会形成一层抗水层。但 Atkin 已经证明，在施肥真菌的帮助下，鹰嘴豆可以在类似月球上火山物质的土壤中生长。

2100年的月球基地居民将主要依赖从地球运来的预包装食品。但随着时间的推移，他们将开始种植一些自己的农产品——很可能在照明、浇水以及湿度和其他环境条件的维护方面大量采用自动化。除了鹰嘴豆，可能还会有大量月球番茄。它们之所以受欢迎，不仅是因为经过生物工程改造，能产生更高水平的称为花青素的化合物，而且根据一些研究，这些化合物可能有助于人类减轻太空辐射造成的细胞损伤。

正如国际空间站最近的经验所表明的，月球上的花园不仅仅能提供食物。卡内尔说，NASA最近发现空间站上的宇航员在做一些偷偷摸摸的事。那里所有的植物本应被限制在生长舱内。但“我们得知，乘组人员在盗用我们剩下的土壤，带来他们的种子，种植他们自己的小花园，如果你愿意这么说的话，并把它们藏在自己的舱室里，”她说。

2026年夏天进行了相关对话，之后NASA决定允许宇航员在任何他们想要的地方种植自己的迷你花园。“一些宇航员说他们过得更好，”卡内尔说。自然和园艺对那些被限制在地球上空狭小空间内的人具有巨大的有益心理影响。对于生活在月球表面下熔岩隧道中的人来说，这一点更是如此。“人的因素太重要了，”她说。

没有人会自欺欺人地认为前方没有堆积如山的技术挑战。正如作家香农·斯蒂罗内2021年在《大西洋月刊》上所写的那样，火星可能是个地狱般的地方，但月球也好不到哪里去。它是一个几乎滑稽地充满威胁的地方。它的许多方面都阻碍着建造一个安全、自我维持、由机器人管理的基地。

NASA希望在2030年前在月球上放置第一座核反应堆。中国与俄罗斯合作，希望在大约2035年在月球上放置自己的核电站。

除了第一个基本居住舱之外，还需要在月球表面进行数十年的实验和迭代，才能建成一个横跨数百平方英里的可运行月球基地。但很少有人怀疑，只要有足够的时间和反复摸索，人类能够取得成功。“这不是一个无法解决的问题，”马里兰大学的施梅尔说。

主要障碍，尤其是在建设的初始阶段，可能是政治意愿的问题。NASA目前正在为该项目投入一切资源——该机构希望到本世纪末，这能最终促成一个小型月球城市。但这种承诺能否在多个美国政府任期内持续下去？国际社会是否也会支持NASA主导的努力？NASA有“一个非常雄心勃勃的计划，”香港大学月球地质学家钱煜奇说。“我们需要密切关注它。”事实上，他说，“目前的计划看起来过于雄心勃勃。”例如，该机构希望在2030年前在月球上放置第一座核反应堆。（中国与俄罗斯合作，希望在大约2035年在月球上放置自己的核电站。）

“这类项目——尽管非常令人兴奋，并且可能对人类具有变革性——却是最先被推迟或取消的，”核未来研究所的米德尔伯格说。每当新一届政府上台，NASA的方向往往会发生变化——有时变化还非常剧烈。

但NASA之外的几位专家一致认为，至少就目前而言，月球基地背后确实存在势头和政治意愿。“NASA非常清楚地表达了他们想去哪里、他们的优先事项是什么、他们的雄心是什么，以及他们想如何实现它，”欧洲空间局的阿施巴赫说。“看到这一点相当令人印象深刻。”

即使美国主导的这一努力背后的政治意愿在未来几十年得以维持，要想在最初紧凑的月球基地之外进行任何扩张，也将需要政府资金以外的更多支持。“必须存在月球经济，这才能自我维持，”空间资源专家德雷尔说。也许这将来自火箭燃料的生产，或者来自在月球上开采有价值的材料，以替代地球上类似的污染性活动。但目前完全不清楚月球经济会有多大价值，或者是否真有价值。

就连NASA局长艾萨克曼也不认为月球会成为主要的赚钱之地。“我不知道目前月球上有什么东西会比我们在地球上制造的东西更容易、更经济地开采、制造，然后再带回地球，”他在2月份表示。（相反，他怀疑从小行星开采金属才是通往繁荣的道路。）

如果月球基地之所以有存在的权利，是因为它是进行新颖科学研究的地方，那又会怎样？阿施巴赫设想它会像人类在南极洲的前哨站一样。在那里，在一个真正感觉像另一个世界的地方，科学家兼探险者在闪耀无尽冰原的土地上工作，以了解更多关于我们星球的气候、其遥远的过去及其顽强生命形式的信息。“我们通过观察那些遥远的地方来理解地球这颗行星，”他说。月球提供了类似的机会。在那些原始熔岩管中，有什么发现等待着宇航员？月球天文学家将在夜空中看到什么——实际上没有大气层或光污染的阻碍——而地球上的人却看不到？

与所有太空飞行计划一样，在那里开发的技术无疑会被调整后用于地球。而月球基地将使探索太阳系其余部分变得更加容易。NASA的García-Galán表示，从技术、生理和心理层面来看，月球“是我们前往火星所需技术的试验场”。

如果我们把美中竞赛向前推进，也许2100年的月球南极将出现由多个地缘政治对手运营的若干庞大基地。也许它会变成一个充斥着军事化领土野心和沙文主义的太空火药桶。但也许它反而可能成为一座国际科学圣殿——以及终极探险目的地。“即使地球上的国家之间难以对话，”Aschbacher说，它们在月球问题上可能会有不同的表现。“我很确定它们会聚在一起，看看我们能共同做些什么，看看我们能解决哪些问题。”他说，毕竟在那上面，远离家园，“你们是如此相互依赖。”

Robin George Andrews是一位屡获殊荣的科学记者和火山学博士，常驻伦敦。他定期撰写关于地球、太空和行星科学的文章，著有两部广受好评的书籍：《超级火山》（2021年）和《如何杀死一颗小行星》（2024年）。

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原文来源：MIT Technology Review

原创地址：https://www.technologyreview.com/2026/10/12/1145760/imagining-building-cities-on-the-moon/