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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 赶往月球
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月球的表面积约为1450万平方英里（3800万平方千米）。虽然这只是地球的8%，但它的大小仍然和亚洲差不多（就称它为第八大洲吧）。没有人拥有月球，根据《外层空间条约》（正式名称为《关于各国探索和利用包括月球和其他天体在内的外层空间活动的原则条约》）的规定，月球不属于任何人，而且不允许任何人拥有月球。更具体地说，条约规定，“外层空间，包括月球和其他天体，不受国家主权要求以及使用或占领或任何其他手段的支配”。有100多个国家签署了这项条约。
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然而，《外层空间条约》对月球上的定居点意味着什么，所有人都不知道。显然，这一点还从来没人提出过。许多律师认为，虽然国家不能主张领土，但它们可以主张资源（如矿产），并从中获利。这个想法把某些不发展航天事业的小国吓坏了，他们觉得自己被排除在外。1979年，一些国家起草了《月球协定》（Moon Treaty），正式名称为《关于各国在月球和其他天体上活动的协定》（Agreement Governing the Activities of States on the Moon and Other Celestial Bodies）。该协定认为，月球资源属于全人类，不能为私人、商业或国家利益而开发。《月球协定》只得到了18个国家的批准，其中没有一个国家目前在太空中存在。在美国则有L5联盟（L5 Society，就是那些想要建造在轨太空城市的人，见第3章）召集国会反对《月球协定》，理由是它会阻碍航天事业发展。总之他们认为，如果没有盈利的可能性，哪家公司还会投资月球的基础设施呢？
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我相信，最可能的情况是，月球最初看起来很像南极洲。曾有七个国家宣称对南极洲拥有主权，但没有一个国家得到国际社会的广泛承认。《南极条约》不允许南极大陆拥有主权，禁止军事活动，至少在2048年之前禁止采矿。[14] 南极的资源、矿产和燃料藏在数英里厚的冰层之下。所处环境气候恶劣，地理位置偏僻，缺乏出口基础设施，距离最近的市场也有数千公里之遥。除非南极的冰层开始融化，世界其他地方的矿产和燃料资源枯竭，否则开采南极矿产并没有那么有利可图。
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就像南极一样，随着登月费用变得相对低廉，月球首先将成为一个进行科学实验的地点，有专门的工作人员对基地进行维护，科学家、工程师和勘探者来来往往。如果月球资源被证明是有利可图的，那么所有协议都会被无视。各国和各大公司将争夺最好的“土地”，并在国际法庭就《外层空间条约》为自己辩护。当合成橡胶材料触及月球土壤、数万亿美元的利润得以实现时，协议将被重新制定或重新解释，允许月球活动的商业化。毕竟，殖民的历史就是资源开发的历史——不是各国共享财富的历史，而是占有、欺诈、放弃条约以及发动战争的历史。
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沙克尔顿能源公司（Shackleton Energy company）是一家太空探索企业。该公司长期以来一直有在月球上开采水资源并将其运送到近地轨道补给站的可 靠计划。水及其组成元素氧和氢，将被用来为飞船提供饮用水、供呼吸的空气和燃烧的氢。沙克尔顿能源公司由魅力非凡的比尔·斯通（Bill Stone）领导。他曾在洞穴探险中创造了纪录，深入几千米深的洞穴之中。他曾与NASA合作开发了木卫二探索任务的探测器原型。该探测器可以穿透厚厚的冰层进入液态海洋。他想亲自带队，率领他称为“刘易斯与克拉克”的工业探险队前往位于月球南极的沙克尔顿环形山（Shackleton Crater），然后自己制造燃料从月球返回地球。沙克尔顿能源公司可能有权使用月球水，但是该公司能出售月球水吗？没有人真正知道。但是市场价值摆在那里。在月球上生成燃料可以将前往月球的成本降低1/3，因为运载火箭离开地球时不必携带返程用的燃料。联合发射联盟曾经表示，它们愿意在月球表面支付500美元/千克购买推进剂，在轨道上支付1000美元/千克购买推进剂，且该公司至少需要1000吨推进剂；NASA也估计航天器在月球上升空需要100吨推进剂。[15] 冰层开采可以培育一个价值数十亿美元的产业，并在短期内成为月球上的最赚钱者。
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月球资源的开发能否为三个不同的市场，即地球、月球自身以及太空探索带来利润，取决于资源的集中度以及挖掘和运输的价格，而这三个巨大的未知因素使这方面的讨论几十年来一直停留在纯粹的臆想阶段。
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在地球上，我们可能受益于两种月球资源：氦和稀土矿物。氦-3是一种氦的同位素，在地球上很稀有，但在月球上相对丰富，是一种理想的核聚变燃料。如果我们能将氦-3核聚变商业化，我们将拥有丰富、清洁的“绿色”能源。它并不便宜，因为它毕竟来自月球。但它每千瓦 能源的价格与化石燃料相当。稀土矿物由稀土元素组成，包括从元素周期表中那个区域开始的所有元素，如铈（Ce）、钆（Gd）、钇（Y）等。这些元素和矿物是现代小型电子装置的重要组成部分。镝（Dy）和铽（Tb）用于触摸屏显色，钆用于增强MRI图像。与它们的名字相反，它们在电子装置中很常见。问题在于，与金和铜这类在电子装置中不太常见的元素相比，从矿石中提取稀土元素更为困难。在月球上开采可能更容易、更安全。
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要在月球上生活并开采这些矿物，最重要的资源是水及其氢氧化合物，它们大多在月球深处以冻结的冰的形式存在。月球上的水似乎比我们想象的还要多一些。事实上，20世纪七八十年代，只有少数几个国家对建造月球基地感兴趣，原因之一就是缺水。登月时携带水和空气，费用会非常高。20世纪90年代，NASA的卫星在月球两极发现了月球冰，从而重新燃起了人们把月球作为太空基地的兴趣。2009年，印度的“月船1号”（Chandrayaan-1）探测任务在月球表面发现了广泛存在的水分子。2010年的一项分析发现，在阴暗的陨石坑内，水沉积物的质量占比可能高达8%，与月球土壤混合在一起；2018年的一项分析将部分区域的比例提高到30%。[16]
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突然之间，月球似乎变得更适宜居住了。月球还拥有建造房屋需要的所有工业元素，包括铁、硅、铝、镁、钛、铬、钙和钠。月球上还有铀。这些元素在地球上都不是急需的，但月球、太空飞船和在轨城市都需要它们。由于月球引力小，原材料可以相对容易地从月球表面运送出去。
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还有一种月球资源是智力资源，即可以从月球上挖掘出相当多的科学知识。关于月球起源的主要理论是，月球是45.1亿年前一颗火星大小的原行星与地球相撞形成的。那时地球自身形成仅有大约3000万年。研究月球的“月球学”（Lunology）将揭示早期地球的样貌，因为地球表面几十亿年来一直在不断地重塑，而这些地质记录在地球上已经消失了。月球也将是研究多类型天文学并把人类送入更远太空的一个绝佳平台。
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 一项具有挑战性的月球产业
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在未来20年，月球可能会成为一个科学和工业园区，并带动相关旅游业的发展，所有这一切能否实现，取决于进出月球的成本以及可盈利资源的集中程度。考虑到月球离地球很近，而且前景光明，未来某一天我们在月球上开个店铺是不可避免的。成本正在下降，相关数据让投机者对资源集中度更加乐观。有趣的是，由于月球引力较小，将原材料从月球经过整整25万英里运到ISS所在的近地轨道，比挣脱引力井将它们从地球发射到200英里远的近地轨道更节能。在月球或地球轨道的飞船造船厂里，可以用月球原材料建造大型宇宙飞船，其中只有质量较轻、高科技的部分来自地球。
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富裕国家的采矿作业正变得越来越自动化，由人类远程控制的机器人来完成。月球上也将如此。许多国家已经在利用遥感技术通过卫星探测月球表面，以查明哪些矿床在哪里，数量有多少。人们正在制造小型化、质量更轻的挖掘机，准备运往月球。用来提取金银和各种挥发性物质的化工厂正在小型化，以便就地加工材料。月球上的低重力意味着，在某些方面，挖掘比在地球上更简单。月球上的引力只有地球的1/6。东西更容易开采上来。支撑结构可以承受更多的重量，因为材料本身的重量（重力的作用）更轻。而且由于存在一定的重力——不同于ISS上的那种微重力环境，各种密度的矿石和矿物会像在地球上一样下沉或上升，所以不需要特殊的机器来补偿奇怪的微重力。但也有令人望而生畏的缺点，包括：钻探会因摩擦产生过多的热量，但没有空气来冷却摩擦。此外，爆炸是非常危险的，因为爆炸产生的抛射物会比在地球上飞得更快更远。
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但低重力环境的一个巨大优势是，可以用一种叫作质量驱动器的设备将原材料从月球表面抛出去。月球的逃逸速度约为2.38千米/秒，仅为地球逃逸速度［11.2千米/秒（25000英里/小时）］的1/5。这意味着你不需要将火箭从月球发射出去。你所要做的就是沿着轨道驱动一个物体，使速度达到2.38千米/秒以上，它就会离开月球表面，而不是在地平线上滚动。2.38千米/秒的速度很快，大约是子弹从枪口射出时的速度的两倍。但在月球上，由于完全没有空气阻力，这个速度可以通过磁悬浮轨道系统实现。质量驱动器就像轨道上的弹弓一样。货物可以被加速到每秒数千米，直至达 到足够的速度，然后释放。利用这种方式，月球上的工人可以将原材料装载到质量驱动器中，并将它们抛到轨道上的某个理想地点，然后有人在那里将其捕获，用来建造航天器、太阳能电池板或其他大型轨道物体。当然上面这些东西具体实施起来就没有那么容易了，但毕竟并不需要多么先进的物理或工程技术。
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开采的月球原材料，大部分将用于月球或在轨太空活动。例如，工人可以开采火箭燃料成分，如氢、氧、铝或镁，然后将它们发射或抛到轨道上的燃料站，供航天器使用。从水中提取的火箭燃料则在轨道加油站注入航天器，从而为航天器所有者节省大量费用，因为研发人员可以建造更小的航天器，不需要带上完成整个旅程需要的所有燃料。[17] 如果铀可以在月球上浓缩，我们就可以用它作为核燃料，为工厂、栖息地或核动力火箭提供动力。与地球不同的是，人们对核事故几乎不必担心，因为月球上的所有生命都将生活在由气闸保护的栖息地或其他环境中。
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之前我提到了太空讨论中出现的第22条军规——只有当太空和地球工业需要这些材料时，月球的工业化才有意义。在月球上生活和工作是可行的，尽管具有挑战性。但是，除非能从工业化中获得利润，否则就不会尝试挑战。首先，让我们研究一下氦-3（3 He），一种核聚变燃料。
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氦-3
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核聚变是恒星能量的来源。太阳将较轻的元素融合成较重的元素，主要是将氢融合成氦核，将氦融合成碳。在两个原子被挤压成一个原子的过程中，一些质量被挤压出来。而质量，按照爱因斯坦的著名方程E=mc2 ，就等于能量——大量的能量。太阳能够维持核聚变是因为其核心的高温高压，而高温高压的能量皆来自粉碎性的重力。我们人类如果要制造核聚变，投入的能量肯定比产出的要多。我们可以实现核裂变，将原子分裂，但不能实现持续的核聚变。氢很难融合，就像相互很反感一样。融合氢的同位素，即氘（2 H）和氚（3 H），要容易一些，但这会产生高速中子，难以控制，而且会使其他物质在碰撞时产生放射性。氢含有一个质子和一个电子，但没有中子；氘和氚分别含有一个和两个中子。高温、危险的中子是副产品。但氦-3（3 He）少了一个中子。把它和氘融合，最终能得到普通的氦（4 He）和一个质子，质子就是一个氢原子核。方程式为D+3 He→4 He+p+18.4MeV能量。同样的，3 He+3 He会产生4 He和两个质子以及相同数量的能量。不管怎样，质子比中子更安全，没有放射性。因此，基于氦-3的核聚变是我们能够获得的最清洁、最强大的能源。仅仅100千克的氦-3——比一个成年男性的体重稍重一点，就可以为一个城市提供一年的电力。[18] 用油试试！
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地球上氦-3含量非常少，只占大气的万亿分之几。但是月球表面厚厚的一层全是这种东西。相比之下，这种物质据估计在赤道附近的含量在十亿分之二三十之间。在月球表面几米厚的土壤里就有100多万吨，潜在的能源销售成本为每吨数十亿美元。在太阳风的作用下，氦-3已经在月球表面沉积了亿万年。地质学家哈里森·施密特曾在1972年的阿波罗17号任务中收集并分析过月球岩石。他估计在2平方千米的范围内向下挖3米，就可以开采出100千克的氦-3。在施密特看来，由于燃烧化石燃料造成的气候问题、核裂变的放射性危险以及地球上的太阳能和风能相对薄弱，氦-3是能够满足世界日益增长的能源需求的唯一燃料。施密特说，飞到月球开采氦-3要花一大笔钱，但是物超所值，因为氦-3每瓦能量的价格与煤炭相当，而且没有污染。月球表面土壤还含有钛和其他有价值的元素，所以副产品也有利可图。普通的氦（4 He）经测算在月球上的含量是百万分之几，是氦-3的1000倍，在地球上的供应却越来越短缺。所以这是另一种潜在的月球出口产品。[19]
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施密特写了一本长达335页的书，书名叫作《重返月球》（Return to the Moon ）。这本书完全基于开采氦-3这个前提，解释了采矿过程中的细节以及可以获得的利润。结果？使用氦-3进行核聚变还不成熟。而且也远不能保证月球氦-3到了地球上，这一切就会实现，因为氦-3核聚变比氘和氚聚变更难实现。所以，我们必须首先能实现这种核聚变，在我们到月球上采矿之前，先用地球的资源掌握氦-3核聚变技术。施密特认为我们已经非常接近氘和氚的核聚变技术，也就是说，输出的能量大于输入的能量。他认为这只不过是在研究上投入更多资金的问题。然而，许多核工程师表示，我们在技术上并没有那么接近。如果不掌握氦-3核聚变技术，将对重返月球的盈利能力造成重大打击。有了氦-3核聚变，月球的利润将超过所有OPEC（石油输出国组织）成员国的产值。没有这项技术，我们只能依靠月球上的水和稀土来获取利润。
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还有一个限制是，氦-3大部分位于月球赤道。由于那里剧烈的温度变化，开采比较困难。但氦-3在月球两极的聚集度较低。就像化石燃料一样，氦-3一旦被开采和使用，它就永远消失了。资源能维持多久？一代？一个世纪？对短期收益进行投资是否值得？会出现这样的商业市场吗？抑或是太阳能更具竞争力？根据投资成本和采矿效率，从月球赤道或轨道上的太阳能电池板向地球传送太阳能，或投资于其他一些清洁、可再生能源，可能在经济上更为可行。[20] 正因如此，许多科学家认为在月球上开采氦-3是一种疯狂行为。
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稀土族
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