“嫦娥”探月归，洞见地月空间潜力大
“嫦娥”探月归，洞见地月空间潜力大
6月25日，嫦娥六号返回器平稳落地，为人类带回第一份来自月球背面的“礼物”。近年来，随着国内外探月任务不断取得进展，勘探、开发地月空间资源逐渐成为的新目标。那么，地月空间蕴藏着哪些丰富资源？为了开发这些资源，航天科研人员需要发展和应用哪些新技术？未来该领域的发展潜力如何？
资源利用潜力无限
由月球探测任务衍生拓展的地月空间概念，是指地球/月球引力范围内、地球同步轨道以外延伸至月球表面、包括地月平动点在内的宇宙空间，其中蕴藏着丰富的物质、能源、位置、环境等战略资源。
国际月球科研站实景概念图（任筱强提供）
资源是一切可被人类开发和利用的物质、能量和信息的总称。与山川河流、土地矿藏等地球资源相比，月球资源具备不同的逻辑特性。
学界一般将月球资源大致归结为物质资源、位置资源和环境资源。其中，有形的物质资源包括月球矿产资源、水冰资源、挥发分资源和月壤资源等，人类有望就地取材，直接用于支持月球探测活动、月面工程建造等。
无形的位置资源来源于月球特有的天然位置，比如在月面布放天文观测设备，可以开展地球及近地轨道上无法比拟的大型科学探测活动。
至于环境资源，主要是利用高真空、低重力、大温差等月球天然环境要素，支持在地球环境内难以完成的高精尖科学试验、工程制造等。
当前，各国航天正在开展月球水冰、关键矿产资源的赋存状态、分布规律详查，下一步会开展月球水冰提取利用、矿产资源冶炼、原位制造与建造等技术验证，探索实现规模化物资制备和月面原位建造。
科学家发现，月球蕴含丰富的核聚变理想燃料氦-3、天然石墨烯等矿产资源，对于缓解全球能源危机、助推人类文明可持续发展具有重要意义。随着关键技术攻关突破和设备研制进展，未来，辅以机器人月球开采、转运和低成本月地运返，月球资源勘探、开发工作将拉动重型火箭、空间采矿、月地返回、人工智能等技术产业群的创新发展。
新世纪以来，主要航天国家和国际组织纷纷制定了地月空间发展战略和任务规划，布局开发利用频率、轨道等战略资源，多次实施月球着陆探测任务，关注月球南极等热点地区。
与上世纪的探月热潮不同，这一轮月球探测热潮以进一步认知和利用月球资源为明确目标，属于对建设月球基地和地月空间工业化的实地勘察，更是人类文明向地月空间拓展的前沿探索，有望为地球即将进入的智能化生产时代提供产能释放空间。无人化生产的海量工业品，比如光伏发电产品、工程基建技术等，有可能率先实现升级改造并迁移到月球上。
月球资源勘探、开发领域有望创造一系列重大科学成果，为人类加深认知月球乃至宇宙提供了新机遇，将引领我国在月球资源利用、空间科学前沿探索和基础性研究领域进入世界先进行列。
地月经济并不遥远
月球是距离地球最近的天体，也是构建航天运输体系的地外资源聚散区、中转站，更是人类走向更远深空的“跳板”。地月空间作为新兴地理空间，而非单一专业领域，将迎来太阳能发电及无线传输、人工智能、大数据、深空互联网等新科技的综合应用，其中，数字孪生、脑机接口等新技术有望在地月空间拓展综合应用，试验人类在地球感知宇宙的能力。
月球采矿基地想象图
利用地月空间频率、轨道资源，构建面向未来的通信导航服务通道，将快速降低月球及以远深空探测的“门槛”，推动地月空间资源开发实现产业化发展。近在眼前的应用场景包括通过虚拟现实技术“畅游地月空间”、远程遥控月面机器人建设月球基地、开展科研试验活动等。国内外多家机构已对地月经济规模进行了预测：2046年相关产业规模高达万亿美元。
以月球采矿为例，基于环月轨道星座高精度导航定位、智能管控和低成本可重复火箭运输等，有望建立月球采矿全自动生产线，形成月基无人勘探、智能挖掘封装、地月往返运输、机器人+有人巡检维护的超级系统。
再比如，由于月球真空环境下太阳能发电效率更高，科学家设想建设高能光伏电站，再以微波形式传输能量“反哺”地球。
随着网络深度融合、信息无缝传输，地月产业联动发展形成经济生态将“从科幻走进现实”。例如，当前无人化智能工厂已然成真，跨星际迁移产业基地的技术障碍大幅减少；基于月壤原位材料开展基础设施建设，已有3D打印、远程智能机械作业等关键技术铺垫；假如未来火箭可以实现智能化“加油”，那么就有机会立足月面或者地月平动点，建立综合补给站，大大节省星际航行的成本。
总之，月球的高远视角，有助于跳出人类思维局限，解决当前社会经济难题。比如，出于能源价格与散热考虑，大规模数据中心正在向低电价、低温度地区迁移布局，但随着算力需求持续高速增长，地球电能消耗和散热量仍将是天文数字。月球具备“零成本”极低温环境且太阳能丰富，如果能够在月球上建设太阳能数据中心，预计节约的成本足以形成产业化激励，推动突破月球超低温储能、太阳能电池原位制造、大规模量子数据传输等技术落地。
颠覆技术助力圆梦
展望未来，地月空间将成为推动科技进步和可持续太空探索的“新引擎”，牵引和催生科技创新产出。未来，颠覆性技术有潜力改变行业规则和发展业态，必将引发新一轮航天变革，促使人类生产生活重大变化。
随着多国成功或即将成功研制可重复使用大推力火箭，长期测试可重复使用试验航天器，不断加大对大推力航天动力装置的研发投入，尝试应用综合成本更低、推进效率更高的推进剂，促使航天发射呈现成本大幅降低、发射周期显著缩短的发展趋势，也将使大规模、低成本进出地月空间成为可能，后续有望为多种场景用途任务提供更加便捷、廉价的太空运输往返方式。
火箭伫立在月球基地想象图
可以说，随着天地运输逐渐呈现航班化、平民化特征，地月空间的大众创新“窗口”已经打开。因天地交通成本下降而催生的颠覆性技术成果，未来将井喷式涌现，人类科技全局和生产生活将会面临颠覆性重塑态势。
中国探月工程取得了绕月飞行、月面软着陆、月面巡视、月壤自动采样封装、月面起飞上升、月球轨道交会对接与样品转移及月球科学研究等一系列成就，收获了月球新矿物等重大发现，实现了人类首次月背采样返回，为认识、开发月球资源奠定了坚实的基础。目前，中国探月工程四期任务和载人登月任务已开始实施，月面资源的勘查、开发和利用将是未来月球探测的核心任务。
中国探月工程顺利实施，不仅积累了丰富经验和技术基础，也具备了广泛的国际号召力和威望。中国秉持人类命运共同体理念，高举和平探索利用外空旗帜，正在论证与国际社会共同开展国际月球科研站大科学工程建设，统筹衔接已实施及规划的无人月球探测和载人登月任务，统筹国内任务和国际合作任务等方面融合发展，实现最大程度的多系统、多设施兼容、可复用可共用等，真正共享全人类智慧、践行人类命运共同体理念。
月球资源的有序开发与高效利用，是撬动国际月球科研站可持续发展的“战略杠杆”。以资源开发为动力，太空探索模式将迎来变革，具体到地月空间，可以促进科研、生产、应用融合发展，进而为中国无人/有人月球探测、行星探测等重大任务提供支撑，促使更多重大科学发现和重要科技产品面世。
未来，以国际月球科研站开展先行先试工作，有望引领国家在地月空间科学、技术、经济合作模式领域开放创新，论证建设商业化能源、通信、导航、航天运输等太空基础设施，吸引多方投资，打造地月经济圈，形成先进技术探索未知领域、战略资源赋能经济循环的发展模式。
本文原文来自《中国航天报·飞天科普周刊》