艺术家描绘的未来月球基地。资料来源:ESA - P. Carril
当人类在未来几年内重返月球时，他们将需要水来生存。虽然来自地球的补给可以维持一段时间，但最终月球基地必须自给自足。那么，需要多少水才能实现呢?
这是最近发表在arXiv预印本服务器上的一项研究希望解决的问题，来自贝勒大学的一组研究人员探索了一个自给自足的月球基地的水管理方案，包括基地的适当位置，以及如何使用适当的人员提取和处理水以供安全使用。
在这里，《今日宇宙》与贝勒大学天体物理学、空间物理与工程研究中心的助理兼职教授杰弗里·李博士讨论了这项研究，他是这项研究的主要作者，关于这项研究背后的动机、重大结果、拥有一个自我维持的月球基地的重要性，以及这项研究对即将到来的阿尔忒弥斯任务可能产生的影响。那么，这项研究的动机是什么呢?
李博士告诉《今日宇宙》，“这篇论文实际上是我对原始黑洞的天体物理学研究、早期宇宙宇宙学、突破性推进物理学和小行星撞击的地球物理学研究的折衷转移。如果要实现人类在整个太阳系，特别是火星的任务，那么在月球上建立永久性设施似乎是一个合乎逻辑的早期步骤。”
在这项研究中,研究人员调查了100人用水管理要求自我维持的月球基地以500 x 100 x 6米(1640英尺x 328英尺x 20英尺),包括月球基地的位置附近的水冰,水冰转换为所需的技术水蒸气(因为液态水可以在月球上不存在),和水处理和恢复所需的技术,将导致100人基地的安全消费。该研究使用了目前美国家庭的用水量估计，即每人每天约100加仑(GPD)，其中包括清洁，烹饪，饮用，冲厕所和洗衣服。
此外，研究人员还检查了月球基地的农业、技术和整体需求所需的水量。关于月球基地的位置，研究人员推断，基地的最佳位置要么靠近，要么正好在沙克尔顿-德杰拉奇山脊上，它位于89.9°南纬0.0°，或者几乎直接在月球南极上。这个位置是水冰沉积的理想地点，是因为沙克尔顿陨石坑位于永久阴影区(PSR)，这意味着由于月球的小轴倾斜，它被永久黑暗所笼罩，水冰可能已经积累了数十亿年。
最后，研究小组得出结论，这个100人的月球基地对人类、农业和技术的需求分别为每年12.3、72和2英亩英尺。作为背景，一英亩英尺相当于大约326,000加仑，因此一个100人的月球基地每年需要超过4,000,000加仑的人类需求，每年需要超过2,000,000加仑的农业需求，每年需要652,000加仑的技术需求。那么，基于这些发现，这项研究最重要的结果是什么，哪些后续研究目前正在进行或正在计划中?
李博士告诉《今日宇宙》:“有充分的证据表明，月球上有足够的水来支持一个永久的月球殖民地，目前的技术可以实现月球水的获取、处理和分配。”一个适当的管理结构将是必要的，以监督月球水的各个方面。月球上水的相对稀缺和管理可能为改善地球上的水管理提供潜在的见解。我的小组的下一个研究将是调查月球水管理可以帮助改善陆地水管理的方式。然而，这项研究的时间表尚未确定。”
该研究讨论了原位资源利用(ISRU)，即利用可用的现场资源来实现可持续性和生存性。在这种情况下，利用月球上的水冰沉积物，特别是在月球南极附近，来满足一个100人的自给自足的月球基地的水需求。由于将水从地球送到月球可能被证明是极其昂贵的，NASA使用ISRU的潜力在过去几年中获得了相当大的牵引力。但除了财务风险之外，如果补给任务在前往月球的途中被推迟或失败，宇航员可能会面临重大危险。因此，学习在月球基地“离地生活”可能被证明是一个可行的、长期的选择，可以减少对地球补给任务的需求。但是，一个自给自足的月球基地还能提供什么额外的重要性呢?
李博士告诉《今日宇宙》:“多年来，人们对殖民火星的前景感到兴奋不已。事实上，目前，我们有可能对这颗红色星球进行一次短期的人类航行，宇航员将在其中收集样本，进行实验，插上旗帜，并在下一次发射窗口出现时返回地球。然而，火星的永久殖民更加雄心勃勃，也更具挑战性。火星比月球远得多，到达火星需要9个月，往返时间为21个月(在火星上停留3个月，直到下一个发射窗口到来)。”
美国国家航空航天局的目标是通过该机构的月球“火星建筑”将人类送上火星，这是一项精心设计的、长达数年的努力，旨在开发月球上必要的技术，以便在载人前往红色星球的任务中使用。这包括科学、基础设施、交通、居住和运营，仅举几例。然而，如前所述，虽然我们可以(有可能)用我们目前的技术将人类送到红色星球短期停留，但人类在火星上的长期存在将需要更多的时间和资源。
李博士告诉《今日宇宙》:“在低地球轨道之外，月球是合乎逻辑的下一个目的地。月球殖民在技术上是可以实现的，与火星殖民相比，它要容易得多。能够建立月球基地似乎是建立火星基地的先决条件。此外，月球将是进一步在太阳系殖民的一个极好的起点，包括可能最终在近地小行星内部建立小型殖民地。此外，一些人认为月球是拦截地球小行星的理想地点。”
这项研究是在美国宇航局的阿尔忒弥斯项目计划在未来几年内将第一位女性和有色人种降落在月球表面之际进行的。目前阿尔忒弥斯任务的着陆点在南极附近，可以进入上述psr内附近的水冰沉积物，并且可以理想地开发ISRU技术，这些技术也可以用于未来的火星载人任务。因此，这项研究对即将到来的阿尔忒弥斯任务有什么意义?
“短期月球访问，比如计划中的阿尔忒弥斯任务，不需要月球上的水，”李博士告诉《今日宇宙》。“在这种情况下，足够的水可以从地球上带来。然而，如果在未来的某个时候，月球殖民地将成为一个优先事项，未来的阿尔忒弥斯任务可以提供有关月球水存在和丰富程度的宝贵原位信息，特别是在月球南极和沙克尔顿陨石坑附近(一个理想的月球基地区域)。”
