科學家建議建造幾公里高塔將太陽能引進月球基地

這聽起來像是科幻小說，但是在月球表面建造幾公里高的巨大塔可能是利用太陽能進行長期月球探索的最佳方法。這樣的塔會將太陽能電池板升高到不受月球表面地質特徵阻礙的上空，並擴大可用於發電的表面積。

要成功建造未來任何規模的月球基地，都需要面對兩個關鍵資源：水和電力。自從在月球南極附近永久陰影的隕石坑深處發現凍結的水冰證據以來，極地地區已成為美國太空總署未來登月的主要目標。水可以用於飲用，當然也可以用於生長植物，也可以用作火箭燃料，又可以在水分子分離出可呼吸的氧氣。但是，雖然在隕石坑盆地的深處發現月球的水源，但發電量很可能來自高處，在隕石坑邊緣上方，那裡存在永恆之光。這些山峰幾乎從未經歷過陰影，將是放置太陽能電池為月球上的水提取活動提供動力的理想場所。

但是，永恆之光的峰值很小，要充分利用它們，垂直放置在它們上面會大大增加了無障礙太陽能發電的可用表面積。

認真進行任何此類建設需要數十年的時間，哈佛大學的研究人員已經開始研究這種項目的可能性和局限性。他們在2月底發表研究報告，探討如何建造如此巨大的月球塔。

在地球上，有史以來最高的建築物哈利法塔（Burj Khalifa）高828米。在月球上，有可能建造得比地球高得多，因為月球環境具有三大優勢。

首先，月球的引力僅為地球的1/6，這意味著建築物可以承受更高重量的自重。其次，月球環境缺乏大氣，這意味著月球上的建造者將不必像地球上那樣考慮到大風的應變。最後，月球安靜的地震環境意味著登月塔的建造者將不必擔心月球上發生地震的影響。

考慮到這些參數，研究人員能夠計算出至少20厘米的最小壁厚才能安全地建造高達幾公里的混凝土塔。其實可以建造超過兩公里高的建築物，但是混凝土的成本和數量會大大增加。

研究人員之所以選擇混凝土作為建築材料，是因為它可以很容易地由月球土壤（regolith）製成。從地球運輸鋼樑的成本太高，因此用月球資源建造塔樓是必不可少的。研究人員還測量了混凝土重量的壓縮應變及它的抗屈曲性，以確定可以建造多高的這種結構。

儘管從理論上講，可以達到十七公里高的塔樓，但研究小組得出結論： 在一定時間內需要在合理時間內加工成混凝土的重粉煤灰的質量和體積很可能成為限制因素。如果我們需要一年的建造時間，那麼一座兩公里的塔將不得不處理每日十一公噸的混凝土。從現在起計的十至二十年裡完成，這些數字似乎是合理。

因此，高聳的月面摩天大樓不僅是有可能，而且從長遠來看，會是最實用的月球發電解決方案。月球建築超過哈利法塔（Burj Khalifa）高度的日子還有很長的路要走，但是隨著月亮女神（Artemis）計劃這個重返月球的計劃，這種項目需要在不久的將來下決定。

【圖：美國太空總署；文：節譯自今日宇宙網頁】研究全文刊登在2021年2月28日出版的 arXiv 論文預印本網站