苏联时期的月球站狂想曲

文/ 迟惑

▲ 俄罗斯近年来提出的月球基地新设想

2021年4月23日，中国国家航天局和俄罗斯国家航天集团公司联合主办的国际月球科研站宣介会在南京召开。会议期间双方发布了《中国国家航天局和俄罗斯国家航天集团公司关于合作建设国际月球科研站的联合声明》。声明中明确，国际月球科研站将面向所有感兴趣的国家、国际组织和国际伙伴开放，在国际月球科研站的规划、论证、设计、研制、实施、运营等方面开展合作，并欢迎在项目的各个阶段，在任务的各个层级，以实物和非实物的形式参与国际月球科研站合作。

此前，2020年7月，中国和俄罗斯两国航天机构确定了国际月球科研站的合作；2021年3月，中俄两国政府签署了《关于合作建设国际月球科研站的谅解备忘录》，启动国际月球科研站的合作。根据中俄两国计划，后续还将发布《国际月球科研站实施路线图》，以及明确其他有兴趣国家或国际组织的加入程序。

多年来，月球科研站的概念一直停留在各国航天计划的纸面上，但随着中俄合作的展开，这一切终将成为现实。那么，在月球上建设科研站有什么意义？各国都有过哪些关于建设月球基地的设想和方案？本期特制作“月球基地专题”，带你一探究竟。

▲ 俄罗斯国家航天集团公司给出的2030年中俄联合月球站构想

在月亮上搞个基地，这是在神话故事中出现过的场景。中国古代神话中有嫦娥居住的广寒宫，希腊神话中有主管月亮的塞勒涅。

但是人类认真考虑如何登月的问题，是到伽利略发明望远镜并且建立现代科学体系之后。诸多数学家和天文学家通过一代一代的持续努力，终于真正摸清了月球的尺寸和运行规律。到1638年，一位名叫约翰·威尔金斯的主教（Bishop John Wilkins）写了一篇关于新世界和另一颗行星的论述，他在其中预言了人类在月球上的殖民地。人类航天之父、俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥科夫斯基等人也提出了建立月球基地的想法。

在苏联时期，科学家们对载人月球站有着极高的热情。那个时候的设计师们似乎认为，自己只要想到，就能做到。

星辰号图纸问世

美苏登月竞赛启动之后，科罗廖夫和切洛梅展开了激烈的竞争。不过科罗廖夫毕竟拥有更多的人脉和资源，所以他的计划也更加庞大，除了登月飞船，还考虑了长期月球基地。其中充满了奇思妙想和巨大脑洞。然而，随着科罗廖夫的去世和N-1火箭的失败，这些计划在图纸上停留了几十年。中俄联合月球科考站的推进，会不会让天才的梦想再次闪耀呢？

1962年，科罗廖夫在N-1计划草案中提及了“建立月球基地和地球与月球之间的定期交通”。那么，月球基地应该是什么样呢？有一次，科罗廖夫与苏联特种机器制造设计局的总设计师弗拉基米尔·巴甫洛维奇·巴敏一起喝茶，非正式地向他提出了这个问题。巴敏对这件事表现出了巨大的兴趣。但怎么才能在月球上建立这样一个基地呢？

“你只管设计！”科罗廖夫向他保证，“我来想办法，把它弄到月亮上。”

于是，这个月球基地在科罗廖夫的OKB-1设计局获得了“长期月球基地”（DLB）的名号，绰号“星辰”。如今的国际空间站上也有一个俄罗斯舱段叫做“星辰”，或许是在向DLB致敬吧。按照科罗廖夫的考虑，如果以后需要登上其他行星，也考虑通过使用DLB来建设基地。苏联特种机器制造设计局在研究当中确定了DLB的用途、建设原则、部署阶段以及科学和支持设备的组成。因为脑洞太大，所以从事这个项目的设计师们都被称为“疯子”。

按照设计，先用苏联拉沃奇金设计局设计的无人飞船对月球基地选址进行初步勘测。飞船用月球土壤取芯钻获取土壤样本，送回地球进行分析，并使用月球车进行现场勘测。如果勘查结果令人满意，就在当地设置无线电信标，引导后续舱段精确着陆。

▲ 苏联科学家在讨论星辰号内部结构

▲ 苏联星辰号月球基地想象图

▲ 星辰号月球基地的机库想象图

第二步，就是发射载人月球车登陆。按照苏联的文化习俗，载人月球车用什么做动力呢？当然是核反应堆了！而且苏联核动力月球车将采用铰接式构型，运载着航天员在月球表面长途跋涉。在月球车的外面，是岩芯取样器和操纵器。航天员可以在加压驾驶室内采集表面样本，不需要穿上航天服踏上月球表面。即使在当时，苏联也已经把目标瞄准了月球表面的氦-3，准备在月球上建立核电站。

巴敏设计的完成版月球基地是个宏大建筑。它包括9个舱段：指挥舱、实验室/仓库舱、车间舱、中央节点舱、医疗/健身房舱、带餐厅的厨房舱和3个生活舱。在这个大型基地里，将有9名航天员常驻。和“比格罗”的充气式太空舱不同的是，巴敏的这9个舱是半充气结构，只能在纵向伸缩。在太空飞行和月球表面运输期间，这些舱段的直径控制在4.5米，运输到位展开后，充气伸展到8.6米长，舱内使用面积22.2平方米。

这些舱段不仅仅是待在图纸上而已，其中一个舱的原型于1967年在苏联生物医学科学研究所进行了为期一年的封闭循环生活实验。这项实验带来了一个让人意想不到的结论。科学家们决定，在每个舱段上都安装一个假窗口，里面装一台电视机，用来显示地球上的乡村场景，而且还可以随着莫斯科的季节而变化。不但如此，健身舱里的自行车上还有一台同步电影放映机，航天员可以骑车“离开”莫斯科，也可以“返回”莫斯科。科学家们认为，这些心理措施对维持航天员的心理健康很重要。

到1971年，星辰号月球基地的设计基本完成，虽然此时科罗廖夫已经去世，但米申继承了他的衣钵。于是，巴敏决定向苏共中央负责军事与航天事务的乌斯季诺夫部长进行汇报。巴敏带来了两个“疯子”设计师亚历山大·叶戈罗夫和弗拉基米尔·叶利塞耶夫。他们开了一场马拉松式的会议，在整整6个小时内，设计师们做了9次陈述。最后，乌斯季诺夫同意月球基地的研究工作继续推进。

苏联还专门为月球探索设计了一套月球服，被称为“金隼”。它与阿波罗航天服有几个不同之处：生命支持装置背包做成一扇门，铰接在航天服后背上，航天员从这里出入；手臂和腿部分是柔性的，但躯干部分是半刚性的；不使用时胸部的控制面板可折叠起来；靴子由柔软的皮革制成。与阿波罗任务一样，“金隼”的头盔也有一个镀金的外遮阳板，以防止阳光直射。

自己钻进土里的月球站

大家是不是以为关于苏联月球基地的脑洞到此为止了呢？

答案是，还没有！既然是月球基地，就必须有一大片固定设施。我们在前面提到了9人制月球基地的想法，但暴露在月球表面的舱段会受到太阳风的持续冲击，不能长久。要想建立永久性月球基地，必须向下挖掘，把居住舱埋进土壤里，让月壤来充当月球基地的防辐射屏障，保证人类长期生存。

于是苏联工程师们进一步考虑，向月球发射两台月球车和一个10米长的居住舱。居住舱内部分为两层，可容纳3至6人。飞船上携带的初始补给和物资将维持3名航天员至少3个月的生活。

根据1967年4月20日登陆月球的美国勘测者-3号探测器的数据，苏联工程师认为月球土壤可能和软沙差不多，因此可以直接用来屏蔽辐射。他们计划用一辆月球车当推土机，把居住舱的下半部掩埋起来。另一辆月球车上装有特制的抛沙器，扬起月球表面的尘土把居住舱的上面也覆盖住。然后用一个可展开的网箱来保持月壤不会滑落。

假如美国人的数据不可靠，着陆地点的表面比较坚硬，那么苏联工程师就要采用另一种方案。在月球车上装备一种特制的切割工具，直接从月壤中切割出一块又一块的方形土石，像砖块一样，在居住舱周围建造一道防护墙。居住舱直接放进挖砖过程中形成的坑，坑和墙相结合就成了一种近似于“地窝子”的结果，有效抵挡宇宙射线和太阳风。现在，最大的脑洞来了。既然地窝子这么好，有没有更好的办法来实现？苏联工程师提出了一种自行式、自掩埋的居住舱。这个长6米、宽3.6米的圆筒配备齐全，最多可供6名航天员在里面工作。这个居住舱将和一辆自行式四轮拖车一起降落在月球，从着陆平台上卸下、抵达月球表面平坦地形后，拖车就带着它，以每小时6千米的速度开始穿越月球表面，寻找土壤足够软的地方“自葬”。

一旦发现恰当的地形，拖车就把居住舱架设到一套滑轨上。然后启动电动旋转机构，让居住舱绕着自己的轴线旋转起来。在居住舱外面，是呈螺旋状排列的刀片。刀片会依次切入月壤，把它抛出到外面。随着刨土的进程，居住舱会沿着轨道，在重力作用下逐渐下沉到自己挖的坑里。一旦到达正确的深度，航天员就要小心地确保舱顶朝上停止旋转。然后，一个伸缩气闸从舱内延伸出来，为航天员提供进入舱内的通道。设计人员估计，这个舱段需要大约4.3小时才能把自己完全埋进月球表面。

▲ 苏联自埋式月球基地工作原理

烧火箭燃料的月球内燃机

如果这个月球基地属于脑洞大开，那么其中的月球车就更是叫人佩服苏联工程师的无边创造力。这种月球车的正式名称是“多用途月球工程”，缩写为LIM。这辆核动力载人月球车重达3吨，可以用来承担挖土、勘测、货物运输等任务，它还兼作起重机和移动式钻机。驾驶舱两侧各装有一台遥控起重机和钻机，还配备了车灯、电视摄像机和窗户。

▲ 苏联月球工程车想象图

那么，这辆月球车一定是电动的了？当然不是。上世纪六七十年代的蓄电池哪有足够的电力支持土工机械作业呢？那么是核动力的？更不是了。3吨的小身板是扛不动一个反应堆再加上屏蔽设施的，这辆车用的是内燃机动力。

看到这里，读者的脑海里可能马上蹦出3个字：“不可能”。月球上没有氧气，用什么来供应内燃机工作？苏联工程师的脑洞就在这里，既然要通过管道为内燃机提供燃油，那么同样用管道来提供氧化剂不就行了吗，何必非要从外界吸进来呢？于是，苏联开发了一种四缸内燃机，它烧的既不是汽油也不是柴油，而是火箭推进剂。为了方便从地球运到月球，具体燃料选择正是偏二甲肼和四氧化二氮。这两种燃料在内燃机的气缸里一混合，就会自己燃烧起来，产生燃气推动活塞，进而驱动曲轴转动，废气可以通过一个真空阀排泄出去。一台发动机足以驱动车辆，当遇到困难地形时，它还可以启动全轮驱动。

▲ 苏联月球工程车和航天员的对比

这辆四四方方方的月球车还计划配套两个自行式平台，每个平台上有独立的推进剂罐和一对由传动系统连接的轮子，这样每个平台就可以独立适应地形变化。前平台将配备机械臂和犁，而后平台设置一个加压舱，里面可以容纳一名未穿航天服的驾驶员。在紧急情况下，这个舱里还能再挤进去一个人。另外，航天员可以从月球基地内遥控月球车，甚至地球上的控制中心也可以这样做。

然而N-1火箭最终失败，并且在1974年5月被取消，使得苏联的月球基地的计划停留在了纸面上。即使N-1火箭成功，以1997年的价格计算，“星辰”月球基地造价高达800亿美元，以当时苏联经济的经济状况，也未必能支撑这个项目的成本。

▲ “月球-25”着陆器

重振旗鼓的“月球-25”

俄罗斯并不仅仅只是等着和中国的合作，他们自己也在重新启动月球探测工程。有意思的是，新一轮的月球探测器型号不但继续由苏联时代的老设计局承担，还延续了苏联时代的编号。2020年8月初，俄罗斯国家航天集团公司宣布，正在研制月球-25着陆器，有关的科学仪器已经从俄罗斯科学院空间研究所（IKI）交付给拉沃契金科研生产联合体，计划在2021年10月发射。

俄罗斯国家航天集团公司在当时的声明中说：“‘月球-25’意味着俄罗斯长期月球计划的开始，包括进入月球轨道、登月，从月球表面采样和返回地球，以及建设探月基地、在月球上展开全面建设。”

对于“月球-25”计划，欧空局也异常激动。欧空局人类和机器人探索主管大卫·帕克说：“我们都在等待俄罗斯重新启动月球探测计划。”他表示，“月球-25”上装有8种俄罗斯自己研制的科学仪器，着陆到月球南极之后，将探索和评估当地的水冰情况，为将来多国联合探索创造条件。欧空局在“月球-25”上搭载了一个叫做“领航员D”的小型相机，它的目标是验证技术，为后续精密着陆和避撞相机的研制提供基础条件。而后一种相机的服务对象，是俄罗斯正在研制、打算在2024年发射的“月球-27”着陆器。“月球-27”还将携带欧空局的“前景”钻探机和一个微型实验室，它们将和另一台俄罗斯仪器协作，在月球表面寻找水冰和其他化学物质。

为什么有关人士如此看重“月球-25”？这是因为上一次编号“月球”的任务，也就是“月球-24”，还是在1976年发射的，距今已经有45年之久。俄罗斯还能不能组织起一场成功的月球探索，人们多少还是有点疑问的。欧空局方面担心，俄罗斯存在着技术和管理方面的风险。帕克也指出，“月球-25”“是为了重建（俄罗斯）在继续执行更宏大任务之前所拥有的能力。”

“月球-25”能不能按期发射，将标志着俄罗斯月球探索能力的重建是不是成功。