月球会上谈探月——访嫦娥一号月球探测工程首席科学家欧阳自远院士

□ 本刊记者 夏丹

未来的月球基地

世界月球会议期间，本刊有幸对嫦娥一号月球探测工程首席科学家欧阳自远院士做了一次专访。谈到月球探测，欧阳院士就像一个母亲谈到了自己的孩子，有说不完的话题。从世界各国对月球探测的计划，到月球探测的深刻意义和未来月球探测的发展方向，都做了详尽的解析。下面，让记者带您走进欧阳院士的月球世界。

探月大趋势不会变

最近几年，作为世界第一航天强国的美国在空间探索政策上摇摆不定，对月球探测的目标和定位也一变再变。在这种背景下，其他航天国家对月球探测却依然非常积极。欧阳院士对这种现象做了深入的分析。

世界上现在有10个想要继续探测月球的国家，都提出了各自的计划。美国是布什政府在2004年宣布的美国新航天计划，要从2008年开始对月球进行持续的无人探测，2018年实现第七次载人登月，然后再进一步载人登上火星。在这个过程中，美国打算在2010年就不再支持航天飞机，也不再投资给国际空间站，集中全力实施月球、火星以及太阳系的探测工程。

布什政府的政策执行一段时间以后，奥巴马政府在上台以前，在很多演说中全力支持布什政府的整个太阳系探测计划。在他上台以后，确实遇到了实际的问题。首先是金融危机，再加上经济复苏缓慢，政府的开支增大。再加上星座计划本身进展不顺利，因此取消了这个计划，但是仍然保留了人类飞往火星的计划。美国原来计划的载人登月开支是1080亿美元，但是实际上美国只能拿出800亿美元，还欠缺280亿美元，因此无力支持。但是有国际评论认为，美国这只是战术性的转移，一旦国家经济实力恢复，会重新启动载人探月工程。另外，奥巴马政府动员很多民营企业，更多地参与载人登月和火星探测计划，仍然不想把这件事情完全停止。

美国宣布取消星座计划以后，其他国家进一步审视了自己的计划。欧阳院士也曾询问过一些国家的月球探测首席科学家，欧洲、俄罗斯、印度坚持执行原定计划；日本的计划没有太大的改动，还提出了进一步利用机器人开发月球的设想。总的来看，很多国家都不会因为美国的变动而影响自己的计划。中国将按照既有方针持续发展，没有受到美国的影响。

因此，欧阳院士相信，全世界对月球探测的热望并不会因为美国的计划改变而改变。另外，人类也认识到，对月球的探测最终也有利于推动、促进人类社会的持续发展。他坚信，总体的规划还会照样推进。

欧阳自远院士

当记者问及是不是可以认为，美国目前仅仅是因为经济问题而在月球探测问题上有一些反复和动摇，如果经济危机过去、国家经济能力恢复，还是要把月球纳入探测目标的。欧阳院士认为，可能根据科技的最新发展，美国探月的内容会有新的变化，有新的提高。但是大趋势不会有大的改变。

氦3——给地球人类一颗定心丸

月球上蕴含了大量资源，因此要探索、研究、开发。如何科学的看待探索月球的动机和目的，月球探测会以实际利益为导向吗？对此，欧阳院士认为，科学和开发从来都是相互结合的，科学不能离开未来的应用需求，而应用也需要科学在前面作引导。如果两者结合得很好，就能既推动对月球的科学认识，也能更进一步地推动月球的相关应用。

从科学上说，研究月球的目的，就是要研究月球是如何形成、如何演化的。而地月又是一个系统，研究月球同时也能更加深我们对于地球起源和演化的认识。而地月系统的起源和演化，主要背景就是太阳系的起源和演化，在科学上，这是一个值得永远探索的基本问题。这大致就是从科学角度的探月目的。当然这是一个长期的，要通过很多代人的努力才能逐步弄清楚的问题。

另外，从应用上说，根据每个国家对月球的理解，必然提出月球在应用上有什么价值。这是可以理解的。月球上有4个方面是值得人们关注的。

第一，资源，这里所说的资源是狭义的矿产资源。月球上有极其丰富的矿产资源。比如原子能发电用的铀矿和钍矿，比地球上多得多；还有极其丰富的稀土、钛矿，是以钛铁矿形式存在的。在我国，这种矿石在四川攀枝花地区有一些，所以建立了攀钢。而在月球上，这种矿石的分布面积大概接近一个中国的面积，而且品位也非常好。还有很多其他矿产资源。但是矿产资源存在一个基本问题，目前谁也不会在月球上开发矿产。首要原因是成本太高，经济上不合算。但是，人类应该知道月球上有哪些资源将来是可供人类使用的。一旦经济上可行，再去开发才有价值。所以，目前还处在科学探测矿产资源的阶段

月球基地想象图

第二种是大家比较关注的能源。我们地球上的化石能源终究是要耗尽的。人们算了一个帐，估计石油和天然气大约还能用60多年，煤大概还能用100多年。核电站也要用原料，现在的一次性核燃料也只能用几十年。现在，正在发展太阳能发电、风能发电、生物能源发电，等等，但是，终究不能解决全人类长期持续发展的能源需求。因此，人类正在寻找另一种能源。人类一定会想出替代的办法，找出终极能源。天然气水合物（可燃冰）蕴藏有4倍于石油和煤炭的碳含量，将是一种极其丰富的能源，能保证人类使用更长的时间，但考虑到很多环境问题，现在还不敢开发利用。但无论如何，人们依然寄希望于受控核聚变发电能够实现商业化。

航天员在月面上工作

嫦娥一号卫星撞击月球示意图

地下月球基地

月球上有两种能源。一种是太阳能，月球上一个白天就长达地球的半个月长，月球表面没有任何遮挡，没有风、雪、雨、霜等气候变化。而太阳能发电，把电能传到地球上的方式已经完全解决了，就是用微波或激光传输。现在的问题是，它毕竟造价太高，很划不来。对于地球上60亿、以后80亿，乃至100亿人口，各国GDP增长和全人类生活水平提高的总需求来说，是难以解决的。因此，人们寄希望于月球上的第二种能源，就是所谓月球土壤中的氦3。氦3是被太阳风注入在月球表面的土壤里的。月球还有一个好处，陨石等小天体砸在月面上，就把下面的土壤翻出来。这边砸一下，那边砸一下，大约平均4亿年，月球表面的土壤要“倒腾”一次，都能接收太阳风的注入。那么在月球40多亿年的历史上，已经倒腾了10多次。这样犹如农民每年要翻一次地的结果，月球所有的土壤中都注入了氦3。氦3到底有什么用处？这里就涉及到受控核聚变的进展。人类目前只掌握了裂变发电技术，并没有掌握聚变发电，还有很多技术问题没有解决，还不能建电站。中国参加了世界上规模最大的一个受控聚变发电反应堆建设，这个反应堆要花100亿欧元，我们国家已经投入了100亿人民币。这个反应堆是利用氘、氚发电的。氘，地球上多得很，而氚是要人工制造的。最主要的问题——氚是有放射性的。而且氘、氚反应后放出一个中子。大量中子的排放不利于防护。因此，科学家建议不用氚，改用另外一个同位素，用氦3。这从理论上计算是没有问题的，但地球上没有氦3资源。如果从地球上所有天然气和大气中提取氦3，总量只有10多吨，而月球上的氦3资源极其丰富。这里面就存在两个问题。首先，地球上的受控核聚变发电还没有成为现实，现在仅仅是建反应堆，大概还要30年乃至50年才能商业化。虽然是30～50年后才能实现的问题，但要做长期的准备。美国最近投资建立了一个（受控核聚变）激光点火装置，这个装置产生的温度在1亿摄氏度以上，这样才能使氘和氚或氘和氦3发生聚变反应。所以，人类正在一步一步接近于聚变反应发电。因此，要详细探测月球土壤来寻找氦3。那么月球上到底有多少氦3？我国的嫦娥一号有一个任务，就是做这件事情。估计月球土壤中的氦3含量有100万至500万吨可以使用。整个中国每年的能源需求是：2亿多吨石油、十几亿吨煤，以及天然气、水力发电等，能源体系非常庞大，而且能源安全难以保证。如果完全依靠核聚变发电，很容易计算出中国每年能源需求要使用的氦3是8吨左右。假设这种发电成为现实，月球上的氦3可供人类使用几千年。但是，人类社会的发展不会吊死在一棵树上，不会上千年只用一种能源，以后会有更高明、更好的原料来发电。氦3至少可以给人们一个定心丸：地球上化石能源的耗尽是正常的、必然的，但是也不值得恐慌和担心。这是很重要的一点，是人们坚定地想要探测月球的动机之一。

月球的第三个资源是它的环境资源。为什么呢？第一，月球上是超高真空，没有磁场。月球31亿年以前有磁场，后来突然丢失了。月球上不但是超高真空、没有磁场、温度变化巨大，而且没有火山活动、没有强烈的月震，很稳定，还没有污染。因此，在月球上所能生产、制备的一些东西，地球上是望尘莫及的。比如一些特殊的材料、生物制品、药品，当然，必须是极高附加值的东西，现在已经有很多这样的产品清单了。还有就是在地球上有重力的影响，而月球上的重力就小多了。所有这些，使月球的环境成为非常重要的资源，可以很好地加以利用。而且月球非常大，有4个中国大，想建设什么设施都可以。当然月球的环境很恶劣。

未来月球车

第四类资源，是大家公认的，月球可能是很好的军事战略平台，国际学术界已经有很多这方面的讨论。

所有这些，促使人类希望能够很好地开发利用月球，为人类社会的发展服务。欧阳院士认为这是基本的，因此他提出一个说法：地月系统是一个天然的体系，在未来的发展中，地月系统会构成一个天然的“家”，形成经济与社会发展的共同的体系，前景是很美好的。

在月球上挖窑洞

有了氦3，就可以在月球上建立核聚变电站，建立月球基地，以支持人类在月球上的长期生活乃至繁衍生息，这似乎是许多人对月球探测的终极梦想，但欧阳院士对此却有自己不同的看法。他认为，月球是不可改造的。不可能像火星那样，在月球上制造一个大气层，供人类在上面自由呼吸。因为月球的重力是有限的，抓不住大气。月球的重力场、超高真空条件、极高温差条件都是不可改造的。要在月球上建立基地，目前所有的设想中都没有考虑建立核聚变电站的，因为这是不可能的事情。在月球上用得最普遍、最好用的是太阳能，它廉价、方便、普遍，投入比较小。因此现在普遍认为，在月球上应该使用太阳能。

而构建月球基地，少量人口在月球上工作是可以的，但不能大量移民。欧阳院士曾经提出建议，在月球上建立基地，最好的办法是学延安、挖窑洞。在窑洞里，宇宙辐射、太阳辐射可以被屏蔽，温度变化小。只要把“门”做好，里面完全可以改造成地球的环境。月球基地的建设，首先必须模仿地球的气压、温度，呼吸系统、循环系统等生命保障系统要完善。基地里要实现一个大气压，太高太低都不行。这在密闭空间中是可以实现的，也是可以长期循环使用的。这些技术，人类都已经掌握了，但代价是昂贵的。因此月球基地里人不能太多，不可能建立月球村、月球城市。但少数人居住的月球基地不需要太大空间。如果真的采取学延安的方式，可以在月球地下非常大的范围内建立基地，并不困难，主要是生命保障系统的建设。食品也可以循环生产。只要有足够的能源，这些都是可以做到的。

那么，月球上为什么不能搞可控核聚变发电呢？因为可控核聚变的反应堆是极其庞大的，它的温度要很高，这个庞大的设施是没有办法建设到月球上去的，成本是无法计算的。目前地球上都没有实现可控核聚变来发电，而且月球上不需要如此巨大的能源。至于怎么把氦3运回来，已经有很多研究了，现在看来并不困难。

氦3存在于月球土壤当中。人们设计利用月球白天的高温，再升高一点，把土壤中的气体全部驱赶出来。驱赶出来以后，对气体进行分离。月壤中的气体不是一种，利用月球晚上的低温把氮和水分离出来。对于氩等气体，只要再加一些能源，把温度降得更低，就可以分离开来。这样就得到了纯化的氦气，再把氦3和氦4分离开，然后把氦3液化，带回地球。

人类对氦3的需求量不是很大，不像煤、石油、天然气那样有巨大的消耗量。俄罗斯的探月首席科学家加里莫夫曾经开玩笑说，一架航天飞机运回的氦3就可以解决中国一年能源的用量了。

各国探月活动各有所长

中国、日本和印度都在积极开展探月活动，欧阳院士为我们详细分析了这3家探月计划的特点。

日本的探月飞行器采用了一颗主星、两颗小卫星的方式。而且，日本对月球的背面进行了重力场探测，效果很好，这是世界其他国家都没有做到的。

印度在探月卫星上放了11台仪器，6台是其他国家的，5台是自己的，还加了一个小撞击器。印度自称，这个撞击器可能测到了水的谱线。当然，最后以真凭实据证明月球上含有水冰的，是美国的月球勘测轨道器（LRO）。印度测到的可能是羟基（OH）的谱线，它与H2O的谱线很相似。但无论如何，印度也是得出了结果的。

“窑洞”式的月球基地

嫦娥一号探月卫星

中国的探月也有自己的特色和创新的地方。日本和印度没有绘制出全月图，而中国做到了，全月面覆盖完全没有遗漏。而且中国的全月图是符合测绘标准的1比250万比例尺的全月影像图，是目前为止全月图中分辨率最佳的。这是因为日本和印度的探测器飞行高度低，这样可以达到高分辨率，但是观测的幅宽就比较窄。中国的月图分辨率连月球南北极也没有漏掉。当时有人提出，嫦娥一号照相机的分辨率不如日本、印度的，是个缺陷。但是嫦娥一号的科学目标是全球性、整体性和综合性探测月球，能得到的全月球影像图，日、印是不能得到的。

嫦娥一号需要对月球进行整体性的了解，没有必要对某一部分探测得很细，因为这个阶段还不知道需要对哪个部分精细探测。当选择着陆器的着陆区和月球车巡视探测路线时，就要对候选地区进行精细探测了，这是嫦娥二号的任务。

此外，嫦娥一号还对月球土壤层进行了探测，这是其他国家都没有做过的。虽然不是很精细，但是取得了成果。根据这个成果，可以计算出全月球月壤层的厚度和估算氦3的资源量，至少可以告诉全人类：根据我们的测算，月球上的氦3资源有多少。

当记者问及今后的中国探月活动是否会搭载国外研究机构的有效载荷时，欧阳院士给予了非常肯定的回答。他认为这是一个重要的选择。我国一直对国际合作采取开放的态度，一直期望共同探测，也一直在做这方面的努力。希望在今后的探测中，其他国家有好的仪器搭载到我们的卫星上。我国科学家多次表述过这样的愿望，国外的科学界对这件事也持有开放的态度。但同时，欧阳院士也坦诚地指出，每个国家都有自己的国家利益，例如我们就无法买到美国生产的一些卫星元器件。因此在这个问题上，合作的一面和制约的一面同时存在。

中国人何时登月？

中国人什么时候能登上月球，这是很多读者都很关心的问题。我们的科学家也一直在从事这方面的研究。欧阳院士坦言道，从科学的角度来说，我们很早就在考虑载人登月探测，譬如如何实现载人登月、载人登月应该做哪些科学探测、应该从事哪些科学问题研究。从国家意志和国家行为的角度来说，我们国家一直在关注这个问题，国内一些单位开展过这方面的讨论和论证。人们最关心的，当然是中国到底什么时候载人登月。欧阳院士认为，我们完成了月球探测的三步以后，一定会从事载人登月，这是毫无疑问的。因为这是一个正常的发展趋势。至于这个时间，目前有三种说法。

第一，部分科学家认为，中国在2020年可以实现载人登月。美国航宇局前局长格里芬说过，“假如中国人愿意的话，他们是可以实现2020年载人登月的”。他的说法不是没有道理，因为他的前提是“假如中国人愿意的话”。

第二，有一些科学家公开表态，中国“2025年可以载人登月”。

第三，中国科学院制定了一个50年长远规划，认为2030年可以载人登月。

就月球探测而言，载人和不载人是有天壤之别的。载人探测，可以实现人员亲自到月球。第一，人可以实地进行综合性的、使用各种仪器的、高效的月球探测，而且可以是多学科的。一位训练有素的科学家可以同时使用很多仪器，这是机器人很难做到的。第二，人可以亲自埋设一些仪器，把它们长期留在月球上进行探测。譬如地震仪，美国已经在月球上建立了一个地震网，稍有震动就可以把数据传回地球，知道震中、震级。若没有人员登月是不能实现的，用机器人估计很难做到。第三，载人登月可以架设各类设施做长期的观测记录工作。还可以和地面联动，例如埋设一些反射镜来精确测定地月距离，等等。就很多仪器的安装来说，没有人是不能实现的。第四，机器人取样的规模是很小的。苏联进行了三次机器人取样，加起来获得了300克样品。阿波罗登月6次，取回了381.7千克样品。

月球会议上梁思礼院士（左）与欧阳自远院士亲切交谈

因此，有人和无人是不一样的。有人可以实现各种各样的目的，可以得到很好的科学回报。我国的月球探测分“探、登、驻”三大阶段。“探”就是无人探测，“登”就是载人登月，“驻”就是短期驻留。后面这两个阶段都涉及到有人的活动。当然也可以包括机器人的活动。我国科学界对这些问题进行了设想，但是要真正形成国家的计划，还要经过认真的论证。

两千米地铁=嫦娥一号

嫦娥一号已经完成了使命，嫦娥二号正准备启程。国家在月球探测上投入了大量的资金，那么月球探测工程给中国的科学进步和社会发展带来了那些回馈呢？欧阳院士给我们讲了阿波罗的故事。阿波罗当年投资256亿美元，折合2005年的一千三四百亿美元。这是巨大的投入。 但它引领了上世纪六、七十年代20多年的几乎全部高新技术产业发展和新的工业群体的诞生，包括计算机、激光、通信等等。它的投入产出比达到1:14。最简单的一个例子是尿不湿，这最早是在阿波罗上使用的，而这只是阿波罗工程中一个极小的衍生产品。阿波罗有3000多项新技术，美国的受益是非常大的。嫦娥一号工程刚刚结束，效益当然不能和阿波罗相比。对于嫦娥一号“投入巨资”的说法，欧阳院士很认真地再次强调，嫦娥一号的全部经费是14亿人民币，只相当于北京市修建两千米地铁的钱。

嫦娥一号真正给我国开创了月球科学，使月球探测科学在中国能够实施和成长起来。更重要的是，培养了一批年轻的科学家和技术专家。在中国，月球科学原来只有几个人在研究，如同种子般稀罕，现在已经形成了一支队伍。欧阳院士给我们举了一个很生动的例子，他曾亲自去一些企业，订购某些产品。譬如找到的某个电容厂家，声称自己的产品是全国最好的。欧阳院士要求厂家立刻做一个试验，把产品环境温度110摄氏度降到零下150摄氏度，然后又升回110摄氏度，然后再降到零下150摄氏度。结果产品经历两个循环就坏了。他对厂家说，科研攻关费用由我出，产品研制成功以后，你就可以做广告说，我的产品在地球上任何地方都不会坏——沙漠里最高温度是80摄氏度，南极和北极只有零下六七十摄氏度。类似于这样的案例有很多很多，现在还没有具体统计。但欧阳院士相信，这可以推动我国工业部门的技术突破和产品技术水平的提高，从而能够降低成本、更多地占领市场。这是我们应该实现的目标。今后开展探月第二期、第三期工程，我们国家完全有这个能力，每一期的费用不过十几亿到几十亿人民币，不会拖国民经济的后腿，这些都是经过论证的。当然，我们也要保持自力更生、艰苦奋斗和自主创新的精神，不是什么都可以用钱堆出来的。