嫦娥奔月的神话传说寄托着中国人对月球的美好愿望。目前，中国载人登月计划已经提上了日程，中国探月工程也有了新伙伴。

近日，据消息称，中俄将联手、共建国际月球科研站。国际月球科研站是在月球表面或月球轨道上建设可进行月球自身探索和利用、月基观测、基础科学实验和技术验证等多学科多目标科研活动，长期自主运行的综合性科学实验基地。  

月球是地球的天然卫星，也是距离地球最近的天体，是人类向太空扩展生存空间的首选地。1969年，美国宇航员阿姆斯特朗将左脚小心翼翼地踏上了月球表面，这是人类第一次踏上月球，也迈出了人类探索宇宙的一大步。
但截至目前，在探索月球的过程中，航天员的活动范围都是以登月点为中心，半径不足8千米，那只是对月面的短暂探险。深入月球，探秘宇宙，人们正计划建立月球基地。

人类要在月球上实现定居生存，我们需要解决很多问题，比如人类生存所需的空气、水、食物，比如定居所必须的居住环境，比如打造居住环境所需要的材料如何运输等等。针对这些问题，人类有过很多设想，也有过很多实践。


01、第一个月球基地

第一个月球基地，很大程度上是一个由自动化机器人运行的无人设施，以确保必要的基础设施和支持系统在人们到达之前完全运行。

月球环境容易受到深真空条件、强烈的温度波动和太阳辐射等对人类不利的条件的影响。更重要的是，我们还没有完全理解在太空和月球上对人体的长期影响。

同时，从某种程度上来说，建造月球基地和建造第一个海上石油钻井平台没有什么不同。必须考虑移动建筑部件的物流，必须进行可行性研究，在这种情况下，必须测试土壤样品。

中国已经迈出了检测月球表面土壤的第一步。嫦娥五号带回来的的月壤，对建造地下栖息地和支持基础设施是必要的，这些基础设施将保护基地免受恶劣的地面条件的影响。


02、3D打印一切

鉴于月球和地球间的距离限制，想要把建设月球基地的材料运送到月球，可能性太小。

在建造月球基地的所有可能技术中，3D打印提供了最有效的策略。地球上的3D打印已经彻底改变了生产效率和效率，减少了浪费和成本。

事实上，如何将3D打印机器带到月球也是一个不小的难题。目前，中国正在加紧进行长征九号研制，实现重型运载火箭首飞，将有力支撑有人月球基地建设等重大任务实施。

同时，我们也要意识到在太空中进行3D打印也是一个真正的挑战。它将需要能够在月球微重力环境中运行的新技术，必须开发出能够在真空中形成零件形状的3D打印机。


03、建设需要新材料

众所周知，地球材料，如光纤，一旦进入太空就会改变属性。因此，在地球上有效的材料可能在月球上无效。

无论3D打印组件的用途如何，它都必须能够抵抗月球环境的条件。因此，打印材料的发展至关重要。研究人员正在逐步寻找和开发新的材料和技术来应对这一挑战。

例如，德国的研究人员希望在不久的将来，在微重力的作用下，能有第一个“随时可用”的不锈钢工具进行3D打印。美国宇航局还演示了零重力三维打印技术，表明在太空中进行三维打印是可行的。

在更大的范围内，我们看到房屋在地球上进行3D打印。以类似的方式，月球基地可能会使用预制部件与大规模3D打印相结合。


04、材料在月球上如何运输

目前，来自美国宇航局喷气推进实验室提出一个概念：在月球上建造一个运输货物的铁道系统。

建造月球第一个铁道系统，它将提供安全可靠、自动高效的运输方式，可实现有效载荷在月球表面上运输，建立一个持久、寿命较长的机械装置运输系统，对于2030年可持续性月球基地的正常运行至关重要，正如美国宇航局的“机器人月球表面操作2号任务（RLSO2）”的设计概念，以下两种作用：一是运输开采的风化表层作为资源利用消耗品（水、液态氧、液态氢）或者建筑材料；二是运输月球基地周围的有效载荷，往返登陆区域或者其他前哨站。

为了实现以上运输需求，建议在月球表面建造柔性膜悬浮铁道（FLOAT），FLOAT系统使用无动力磁性机械装置悬浮在3层柔性薄膜轨道之上：石墨层薄膜能使机械装置基于反磁性悬浮力被动地漂浮在轨道上方，柔性电路层产生电磁推力控制机械装置沿着铁轨运行；位于底部的太阳能薄膜，在太阳光线照射下可产生电能。FLOAT悬浮系统没有运动部件，一直悬浮在轨道之上，从而减少月球灰尘的磨损，该系统不像是月球登陆车有轮子或者支架。

FLOAT系统能在尘土飞扬、不适宜居住的月球环境中自动运行，并且保持最小场地准备，其轨道网络可以随时间推移卷起或者重新部署，以适应不断变化的月球基地任务要求。

上述几个方面，我们关注的都是月球基地的建造材料及运输技术可行性，但我们还需要考虑在月球长期居住人类的生存条件，比如空气、水、食物，以及月球环境对人体生理学的生物学影响，关于这些条件我们后续慢慢讲述。