第三章太空探月
探測月球為一項浩大工程，非舉國之力不能為。以美國的阿波羅計劃為例，先後投入了255億美元，近兩萬個科研單位參與其中。當然，如果沒有豐厚的回報，探測月球隻能淪為人類的科技遊戲。探測月球主要能給我們帶來科學與技術兩方麵的好處。
對月球本身的科學研究可以大大提高人類對於宇宙的認識，包括認識太陽係的演化及其特性，認識空間現象和地球自然係統之間的關係。月球表麵含有能夠追溯到數十億年前被彗星和小行星碰撞的記載，而地球的大氣層和地質活動掩蓋了這種記載，對月球的探測可以提供有關地球上生命起源和進化的線索。
對月球的探測活動還可帶動其他領域科學技術的飛速發展，如人工智能、機器人、遙控作業、加工自動化、高超音速飛行、光學通信和高速數據處理、超高強度和耐高溫材料、空間發電站、電功率微波傳輸、無汙染飛行器以及空間生命科學等。總之，月球探測及其技術的二次開發應用，勢必帶動科學技術進步，促進工業的發展，給國民經濟帶來巨大利益。
月球可作為對其他星球探測和研究的平台。月球表麵在地質構造上比地球表麵要穩定得多，使其可成為建造探測天體望遠鏡和遙感器的極好場所；又由於月球沒有很厚的大氣層，月球基地的望遠鏡可以比地基係統更清晰地觀測其他星體。總之，月球可以作為一個平台，對太陽係、恒星係和銀河係中的其他星體進行觀測和研究，是進行天文物理學(特別是甚低頻射電研究)、重力波物理學和中微子物理學實驗和觀測極有吸引力的場所。
月球還可以作為人類航天活動的基地和能源基地。從“阿波羅”計劃獲得的資料表明，月球具有豐富的物質資源，月岩中含有地殼裏的全部元素和約60種礦藏。在月球土壤中，氧占40％，它是推進劑、受控生態環境生命保障係統的供氧源；矽占20％，是製作太陽電池陣的原材料。其他元素占的比例是：鋁6％～8％、鎂3％~7％、鐵5％～11．3％、鈣8％～10．3％、鈦5％～6％、鈉、鉻、鉀、錳含量占千分之幾，鋯、鋇、鈧、铌含量為萬分之幾。而且月球表麵還富含地球上沒有的能源氦一3，它是核聚變反應堆理想的燃料，可提供便宜、無毒、無放射性的能源。
重返月球，開發月球資源，建立月球基地已成為世界航天活動的必然趨勢和競爭熱點。我國在發展人造地球衛星和實施載人航天工程之後，適時開展以月球探測為主的深空探測將是我國航天活動的必然選擇。
總而言之，月球這塊淨土很快就會被打破沉寂，那時等待我們的會是什麽景象，將是一個誘人的待解之謎。
探測月球的主要方式可以歸納為5種： ．
第一種是探測器從月球近旁飛過，進行近距離拍攝，並探測月球周圍環境；
第二是探測器成為月球的人造衛星，進行較長時間的反複觀測，獲取較為全麵的資料；
第三種是探測器在月球表麵硬著陸，利用墜毀之前的短暫時間進行探測；
第四是探測器在月麵軟著陸，即通過減速而實現的安全著陸，可進行實地考察，拍攝局部地區的高分辨率的照片，也可進行月麵土壤分析或將取得的樣品送回地球供科學家們研究；第五種是載人航天器登月，宇航員在月麵進行考察和安置實驗儀器，並帶回岩石樣品和探測資料。
人類探索月球的曆程
人類飛向太空的夢想，有文字記載的至少有數千年。古代中國就有“嫦娥奔月”、敦煌莫高窟“飛天”圖案等美麗的傳說。西方航天學界認為，中國明朝人萬戶為人類第一個嚐試用火箭飛天的人，並將月球上一座環形山命名為“萬戶”，以表紀念。
19世紀中葉，法國人凡爾納的小說《從地球到月球》幾乎啟發了所有的現代航天先驅們，但人類對太空無限的遐想一直都停留在小說層麵。進入20世紀，人們觀念中關於宇宙空間的科學概念已逐漸形成，世界各國活躍著一大批航天先驅。
1921年12月，“現代火箭之父”美國的羅伯特·戈達德研製了人類曆史上第一台**火箭發動機。但是，戈達德的研究遇到了許多困難：缺少科研經費，挑剔的輿論界譏笑他連高中物理常識都不懂，還嘲笑他整天幻想做“月亮人”。但戈達德沒有為這些困難所動搖，經過20年默默無聞的努力，終於換來了回報。1941年1月，新發動機火箭可達到2000多米的高度，載重447千克，呈現現代火箭的雛形。
二戰結束後，美蘇在航天領域開始展開了激烈競爭。1957年10月4日晚，一枚火箭攜帶著世界上第一顆人造地球衛星“斯普特尼克l號”在蘇聯的拜科努爾航天發射場發射成功，標誌著人類航天時代的真正到來。
但是，當時的載人航天非常危險，安全指數隻有50％。在蘇聯首次載人太空之旅的前一年裏，載人飛船的6次試發有3次以悲劇告終：一次因為定位係統出故障未能返回地球；一次是發射時發生爆炸；另一次則是完成飛行任務返回時與大氣層發生劇烈摩擦，導致飛船失火。
正是這些不成功的事例，蘇聯首次太空之旅遲遲未能定下日期。最初，被確定為蘇聯第一位首航太空的宇航員是邦達連科。不幸的是，1961年3月23日，邦達連科在緊張訓練中，艙內燃起大火，他因嚴重燒傷而死亡，成為航天史上第一個遇難的宇航員。
1961年4月12日，首次載人航天發射即將開始。當時，誰也沒有把握這次能成功。蘇聯曾有人建議讓尚未生兒育女的宇航員戈爾德·季托夫來執行這次任務。當時負責載人航天研究工作的蘇聯宇航專家謝爾蓋·科羅列夫卻堅持選用經驗更為老道的尤裏·加加林，盡管他已是兩個孩子的父親了。臨飛前，科羅列夫安慰加加林說：“尤拉，你不要緊張。不論你著陸到哪個角落，我們都能找到你。”這話絲毫沒能減少加加林108分鍾太空之旅的險情：飛船氣密傳感器發生故障，發射前數分鍾內不得不重新擰緊艙蓋上的32個螺栓；通信線路一度中斷，跳出個表示飛船失事的數字“3”；第三級火箭脫離後飛船急劇旋轉；返回時，飛船胡亂翻滾……然而，加加林絕處逢生，奇跡般地完成人類首次太空之旅。
蘇聯成功發射第一顆人造地球衛星並把第一名航天使者送入太空的成就，使美國受到強烈刺激。為了打破蘇聯的航天優勢，1961年5月25日，美國總統肯尼迪批準了航空航天局的“阿波羅登月計劃”，並在國會上表示美國將在十年之內將人送上月球。
這對於當時還沒有把人送上太空的美國來說是非常困難的。為了解決技術上諸多困難，美國幾乎動用它的所有資源。超過2萬家來自美國與其他80個國家的公司、200多所大學參與了“阿波羅計劃”。有人估計，將近1000萬人直接或間接參與了登月計劃。
然而，即使投入如此巨大，載人登月飛行的技術還是相對落後的：通訊導航係統比現在的手機還遲鈍，在緊急時候，宇航員根本無法與地麵聯係，隻能自己來解決；人們隻能吃“牙膏飯”；飛船防震係統和防輻射係統也不夠完善，宇航員極有可能住太空中遭遇各種射線的毒害；微重力問題也沒有得到徹底解決，宇航員極有可能肌肉萎縮、骨骼硬化，等等。
通過不斷總結經驗，1969年7月21日格林尼治時間12時56分，美國宇航員阿姆斯特朗走出阿波羅11號的登月艙，終於在月球上印下人類第一個腳印，邁出了“人類巨大的一步”。至此，人類探索太空的旅程翻開了新的一頁。
由於載人航天工程的複雜性，決定這必然是一項充滿著風險與挑戰的事業。從邦達連科算起，至今已經有22名航天員獻出了寶貴的生命。然而，人類在探索太空的征程中決不會停下前進的腳步，迎接探索者的必將是光輝的未來。
中國探月
在我國航天事業取得節節勝利，特別是“神舟5號”和“神舟6號”飛船載人航天取得巨大成功之後，探月的課題也適時地被提了出來。
我國真正意義上的探月構想是在上世紀90年代初提出來的。1994年，航天領域首席科學家閔桂榮院士最早提出了中國也要搞月球衛星的建議。1997年4月，中國科學院院士楊嘉墀、王大行、陳允芳等科學家以“863”計劃的名義又發表了《我國月球探測技術發展的建議》。
進入新的世紀，我國更加明確提出了探月課題。2000年10月5日，在北京召開的首屆“世界空間周”慶祝大會上，時任國防科工委副主任、國家航天局局長的欒恩傑作了題為《麵向21世紀的中國航天》的發言，首次公開表明了中國高層探月的決心。同年11月22日，我國首次公布的航天白皮書《中國的航天》，明確提出了包括探月在內的我國近期航天發展目標。
隨後，我國探月工程逐步進入了科學研究階段。2001年，由歐陽自遠院士牽頭製定的“發射繞月衛星”的第一期科學目標和有效載荷配置通過國家評審。從2001年到2002年，孫家棟院士組織全國各方麵的力量，對首期目標又進行了為期一年的綜合論證，並得出了結論。2003年9月27日中央正式批準了這個計劃。
2004年初，我國探月第一期工程批準立項，並正式進入實施階段。2004年2月25日繞月探測工程領導小組召開第一次會議，確定繞月衛星進入總體方案研究設計階段，確定繞月探測一期工程為“嫦娥一號”工程，確定繞月衛星“嫦娥一號”發射時間為2007年，同時確定繞月探測工程的總指揮、總設計師、首席科學家以及五個係統的指揮機構，國防科工委副主任、國家航天局局長欒恩傑任總指揮，中國航天科技集團公司高級技術顧問、中國科學院院士孫家棟任總設計師，中國科學院地球化學所研究員、中國科學院院士歐陽自遠任首席科學家。
2004年11月19日，繞月探測工程領導小組召開第二次會議，決定繞月探測工程總體由方案設計階段正式轉入初樣研製階段，各分係統相應進入下一工程階段。這個階段主要進行初樣產品設計、試製、地麵模擬試驗和衛星與其他係統的接口對接試驗以及發射場合練等工作。同時指出：2005年是中國“嫦娥一號”的係統集成年、大型試驗年、問題處置年和技術見底年，要以質量可靠性為中心，以工程轉正樣為目標，以高標準、高質量、高效率為原則，全麵開展產品研製、試驗與技術攻關工作。
2005年12月29日，繞月探測工程領導小組召開第三次會議，確定月球衛星初樣完成，正式轉入正樣生產階段。同時提出，2006年是“嫦娥一號”工程的決戰年，衛星和運載火箭係統要完成正樣飛行產品的生產研製，測控、發射場和地麵應用係統進入係統的集成和聯試，使之完全具備執行任務的能力。
2007年則是決勝年，“嫦娥一號”工程正式發射。
目前，中國“嫦娥一號”衛星各級產品已完成正樣產品的生產和驗收，正在進行電性能、整星力學和熱試驗。運載火箭已開始各級產品驗收，並開始進行綜合試驗。測控係統、地麵應用係統和發射場係統都進展順利。
我國“嫦娥一號”工程將實現三個基本工程和五個科學目標。工程目標是研製和發射中國第一月球探測衛星、初步構建中國月球探測航天工程係統、為月球探測後續工程積累經驗。科學目標是獲取月球表麵三維影像、分析月球表麵有關元素含量和物質類型的分布特點、探測月壤的特性、探測地月空間環境等。
我國月球探測工程分為三個階段，分別為繞月探測、月麵軟著陸探測和月麵環視勘察采樣返回，即所謂“繞”、“落”、“回”，將來還計劃實施“探”、“登”、“駐”。目前所進行的是第一個階段的任務。我國月球探測工程已納入我國科技發展的中長期規劃。
2007年4月“嫦娥一號”順利升空以後，接下來“嫦娥工程”第二期就將很快進入實質性的階段。有消息表明，2009年至2015年，中國將進入嫦娥二期工程，屆時將進行兩到三次的軟著陸巡視勘察，其中2012年向月麵發射一個軟著陸器的計劃已經基本確定，按照這一計劃軟著陸器將攜帶載有攝像機和多種探測儀器的月球車，在月球表麵巡視勘查，為建立月球基地收集基本數據資料。目前中國進行此項任務的技術、物資條件和經濟實力都已基本具備。據悉，二期計劃中采用的月球車，將采用全國招標的方式來選擇，目前國內已經有10多所科研院所和高校參與了角逐。
在此之後，中國將進行就是2017年“嫦娥工程三期”行動，即發射一顆月球軟著陸器，這個軟著陸器不僅要采集月壤和岩石的樣本，還要搭乘返回艙重返地球。在這個階段中，空間機器人將會充當主要角色，在衛星維修、太空科學試驗等活動中發揮重要作用。據悉，為了盡快實施機器人登月計劃，國家早已經成立了第一個空間機器人的專門研究機構，即國家高技術航天領域空間機器人工程研究中心，並且空間機器人現在已經進人研製程序。
有專家認為，在太空，宇航員是極其昂貴的資源，在條件還不成熟的情況下用機器人代替宇航員的某些工作將更加安全、經濟。
“嫦娥工程三期”完成以後，中國將進入載人登月階段，那時中國的載人登月計劃就會全部浮出水麵。有分析人士認為，中國的載人登月計劃將會成為“嫦娥工程”的第四期工程。在這一期工程中，中國將如何載人登月呢?根據中國科學家的設計，我國所計劃采用的方式是先用運載火箭將飛船送上地球軌道，隨後，飛船自行移動至月球軌道，釋放出登陸艙，降落在月球表麵，宇航員登陸月球。活動完成後，宇航員返回登陸艙，飛離月球，與在月球軌道上等待的飛船重新對接，至此登月過程結束。
值得注意的是，在2004年的中國探月工程規劃中，並沒有提到任何載人登月的計劃。我國政府的官方文件中，至今也沒有公布載人登月的具體計劃或者設想，也就是說目前外界所傳言的“嫦娥工程”的第四期工程直到現在仍然沒有得到政府方麵的證實。
國內航天界的專家表示，在航天發展的道路上，我國政府一向行動穩妥。實施登月計劃時政府方麵也同樣采取了極為審慎的態度。作為我國整個登月工程的前奏，我國謹慎地啟動了探月工程的“繞”計劃。 ．
在歐陽白遠看來，在載人登月以前，實施針對月球的前期探測是很有必要的。“我們中國現在有能力把人送到月球，但是隻有單程票，我們現在沒有能力保證能回來。”歐陽自遠因此認為中國的探月計劃必須經曆不載人時期的三個階段，然後才能考慮載人登月，這也是絕對保障登月宇航員的需要。
事實上，讓登月宇航員絕對安全返回的確是一個不小的挑戰，這一點對美國來說也是如此。1969年7月16日，阿波羅11號載著3名美國宇航員第一次成功登月。但鮮為人知的是，這個舉世聞名的登月行動並不是一帆風順，而是險象環生，甚至差一點毀於災難。最驚人的是，當宇航員結束2小時的月球行走之後，竟然發現登月艙引擎開關損壞。原來，在狹小的登月艙裏，宇航服刮斷了啟動引擎的極為關鍵的一個電路開關。如果沒有開關，他們就會永遠留在月球上。
開發月球
月球有豐富的礦藏，據介紹，月球上稀有金屬的儲藏量比地球還多。月球上的岩石主要有三種類型，第一種是富含鐵、鈦的月海玄武岩；第二種是斜長岩，富含鉀、稀土和磷等，主要分布在月球高地；第三種主要是由0．1～1毫米的岩屑顆粒組成的角礫岩。月球岩石中含有地球中全部元素和60種左右的礦物，其中6種礦物是地球沒有的。
科學家指出，要開發月球必須對月球進行全麵的探測，了解月球的資源，並逐步對資源進行開發。月球的礦產資源極為豐富，地球上最常見的17種元素，在月球上比比皆是。以鐵為例，僅月麵表層5厘米厚的沙土就含有上億噸鐵，而整個月球表麵平均有10米厚的沙土。月球表層的鐵不僅異常豐富，而且便於開采和冶煉。據悉，月球上的鐵主要是氧化鐵，隻要把氧和鐵分開就行；此外，科學家已研究出利用月球土壤和岩石製造水泥和玻璃的辦法。在月球表層，鋁的含量也十分豐富。
月球土壤中還含有豐富的氦3，利用氘和氦3進行的氦聚變可作為核電站的能源，這種聚變不產生中子，安全無汙染，是容易控製的核聚變，不僅可用於地麵核電站，而且特別適合宇宙航行。據悉，月球土壤中氦3的含量估計為715000噸。從月球土壤中每提取一噸氦3，可得到6300噸氫、70噸氮和1600噸碳。從目前的分析看，由於月球的氦3蘊藏量大，對於未來能源比較緊缺的地球來說，無疑是雪中送炭。許多航天大國已將獲取氦3作為開發月球的重要目標之一。
1998年3月5日，美國航天局向全球發布了一條特大新聞：“月球勘探者”號探測器發現月球兩極存在大量液態水，其儲量約為O．1億噸～3億噸，它們分布在月球北極近5萬平方千米和南極近2萬平方千米的範圍內。如果月球隕石坑底部土壤水層非常深厚，那麽月球上的水資源儲量最終有可能達到13億噸。
月球上的水資源首次被證實，這一振奮人心的消息使科學家欣喜若狂，在全世界亦產生強烈反響，因為這一發現對於人類在下個世紀建立永久性月球基地具有裏程碑式的重大意義。
科學家們認為，月球上存在的水資源可能是人類在太陽係中擁有的最寶貴的“不動產”。
即使月球水的儲量隻有3300萬噸，也足以保證2000人在月球上生活100多年，而且從月球的土壤中提取水是一個“簡單”的過程，將混有冰的泥土收集起來加熱，使冰融化後便可得到水。據估計，現在找到的這些冰水可以填滿一個深11米，麵積10平方千米的湖泊。月球水是生命之源，它不僅能供給宇航員飲用和生活之用，使他們在月球上的持續停留時間更長，還可以在太空栽培農作物或喂養動物；水又是一種動力源，可以分解為氫和氧，為行星探測飛船提供燃料，大大延長飛船的使用壽命，有了水，科學家可以方便地開發月球上的各種自然資源，還可以把月球當作探測宇宙空間的前哨基地；水對於研究月球的成因和性質也有相當重要的意義。
當然，開發月球上的水資源並非易事，因為月球上的冰塊並非集中在某一個冰凍層，大量的冰同岩石，塵土混雜在一起，估計其含量僅占0．3％～1％。此外，由於月球隕石坑一直不見天日，坑內溫度太低，需要能在月球兩極-230℃起低溫下工作的機器，但製造這樣的機器極為困難。
盡管如此，既然月球有水，那麽人類重返月球，建立月球基地，開發月球資源的日子將成為21世紀科技的目標。此外，月球水資源的開發和利用也將使太空旅遊由理想變成現實。
人類在月麵上進行科學探測與研究活動，開發利用月球資源，建立永久性月球基地是十分必要的。至於月球基地建設和月麵活動方案，已有很多建議，由於目的不同及建議者不同，因而各種提案有著很大的差別。但隻要我們從總體的構思上對這些提案進行剖析，都離不開下列幾個發展階段。
①基地建設準備階段：對地形及資源的調查；②建設前哨基地：在月麵臨時居住，向下一階段過渡的準備作業；③建立月球生產基地：月麵上長住，生產活動開始；④發展中的月球基地：生產活動進入正常化階段；⑤成熟的月球基地(即永久性月球基地)：建立各種產業，經濟獨立化。
月球前哨基地的建設，意味著人類已跨入月球基地建設的第二階段。應該說，這時的人類開發月球活動，還僅僅是一個開端。年輕的科學家們將奔赴月球前哨基地，到第一線去參加實際考察，希望能夠掌握更多的第一手資料，為開發月球、建設月球獻出美好的青春。年富力強的實業家們，被月球上豐富的資源所吸引，他們將開辟新的戰場，到月球上去開礦、建廠、創業，加快月球資源利用的步伐，在月球上大展宏圖。
這裏必須強調的是，當大批人馬進入月球基地，轉入月球生產基地建設階段時，需要解決的問題比前哨基地建設複雜得多、困難得多。這是因為人員增多，需要就地建設住宅，再依靠著陸器上航天員住宅遠遠不能滿足要求。而月麵是真空的，表麵溫度從-170℃至+130℃之間發生變化，溫差極大。此外，還需經受宇宙射線和微小隕石騷擾等危險環境的考驗。為了使航天員能長期生活在這樣嚴峻的自然環境中，基地的各種建築物的結構必需具有高度的氣密性、絕熱性、抗輻射性等。科學家們為此已勾畫出月球生產基地的基本輪廓，提出了月球上工農業生產、科研的布局，供給設計師們作為建築設計的依據。
根據月岩樣品及大量有關資料的研究與分析，確定了月球優先生產的產品原則，主要是充分利用月球資源，為擴建月球基地而生產所必須的原材料，重點放在製氧、金屬冶煉、建築材料的製備等。為了實現這一目的，人們已對月球上的加工廠的生產工藝流程及製備方法進行了多方麵的詳細研究。
科學家很早就開展月球表土提取氧的方法研究，他們利用阿波羅飛船取回的月球沙土進行實驗，在1000℃的高溫下，將月沙中的鈦鐵礦和氫接觸生成水，再將水通過電解提取氧。研究表明，提取1噸氧，約需70噸的月球表土。考慮到在月球上生產的特殊情況，建議在月球基地建設的同時，應考慮配備一套小型的化學處理設備，利用太陽能作動力，每天大約可製備出100千克的液氧。具體工藝流程是，利用月球岩石在高溫下與甲烷發生反應，生成一氧化碳和氫。在溫度較低的第二個反應器中，一氧化碳再與更多的氫發生反應，還原成甲烷和水。然後使水冷凝，再電解成氫和氧，把氧儲存起來供使用，而氫則送人係統中再循環使用。據預測，月球製氧設備，最初是為給月麵上航天員提供氧氣之用，但他們需要的氧氣並不多，一個12人規模的基地，每月也隻需要350千克氧氣。而一套製氧設備連續工作後，可生產出相當數量的氧氣，因此，在月球基地建設時，應同時建造一個永久性的液氧庫，以便供給航天器作為低溫推進劑燃料使用。
十分有意義的是，在製氧過程中經過化學處理後得到的“礦渣”，卻成了上等的副產品。這是因為它含有豐富的遊離態矽和可供冶煉的金屬氧化物，隻要采用適當的工業方法便可繼續冶煉，煉製出工業上極有使用價值的金屬鈦。科學家們提出的製鈦工藝流程是，將“礦渣”通過機械粉碎、磁選，提取出鐵鈦氧化物，在1273℃高溫下加氫處理，生成氧化鈦，再以硫酸置換出其中的鐵，接著和碳混合，在700℃的溫度下通人氯氣，經過化學反應後生成四氯化鈦，然後在2000℃高溫下加熱，投入鎂以便脫出氯，最終得到熔融態的鈦。
鋁的精製方法更為新穎，月麵上的鋁是由稱之為斜長石的複雜結構所組成，倘若用常規精煉方法製鋁，在月麵上很難獲得成功。科學家們經過反複試驗與研究，提出了一套煉鋁的新的工藝。具體做法是，將月岩粉碎，在1700％下加熱熔化，然後在水中冷卻至100℃製成多質的球，再經粉碎，在其中加入100℃的硫酸，即可浸出鋁。用離心分離法和過濾法除去矽化物後，再將它在900℃的溫度下進行熱解反應，得到氧化鋁和硫酸鈉的混合物。隨後洗去硫酸鈉並進行幹燥，再與碳混合加熱的同時，加入氯氣與之進行反應，生成了氯化鋁，經電解，獲得最終產品——純鋁。
建築業離不開玻璃，因此在月麵上生產玻璃顯得尤為重要。通常的玻璃是由71％~73％的氧化矽，12％～14％的碳酸鈉，12％～14％的氧化鈣組成。月球土壤中含有40～50％的氧化矽，在月麵上製造玻璃是以矽玻璃為主。其精製方法較為簡單，即在月球土壤中根據需要加入各種微量添加物，用硫酸溶解出一些無用的成分之後，在1500℃～1700℃下熔化，然後經壓延冷卻，即可製成月球玻璃。
隨著月球資源開發取得相當驚人的成果，試生產階段已告一段落，小型試生產的產品已遠遠不能滿足需求，需要進一步擴大再生產，使月球生產活動逐步走向批量化生產。與此同時，由於進入月球參加開發的人員增多，所建月球基地已顯得擁擠不堪，需要完成改建、擴建基地工程，這無疑需要大量的建築材料，尤以對混凝土的用量為最大。值得慶幸的是，製造混凝土所需的沙土、石子、水泥，都可以就地取材。混凝土結構具有成本低、易於成型、抗輻照等優點，是建設月球基地最有希望的建築材料。新型月球基地，可根據設計采用混凝土預製的艙體來建造。當然，被采用的月球混凝土構件的形式是很多的，這裏介紹一種通用艙段為六棱柱形的，先用混凝土製成框架和壁板，然後裝配成形。這種形式的艙體的最大優點是非常靈活，由於它是六角形體，通過各個麵既可向平行方向輻射擴展，亦可向垂直方向(向上)擴展，牆壁、天花板、地板，隨時都可拆卸，也可根據需要再組合拚接，擴建基地，調整空間。最後將套在它裏麵的圓筒式的增壓艙體連接起來，便構成了一個組裝式的月球基地。
人們到月球上建設基地，除了開發資源發展生產外，最終目標還是想把月球擴建成移民區，讓更多的人到月球上觀光、遊覽，或者帶著全家老小移居到月球上，做一名月球人。這樣一來，其建設規模更加龐大，需要的建築材料更多，並要求尋找一種更為簡便的施工方法。一些科學家提出，在南極洲應用的一種稱為“挖掘一裝填”的建造技術，也完全適用於月球。推土機將在月球表麵的鬆軟岩層或“浮土”中挖出一條壕溝，再把一節節的圓筒式增壓艙裝入溝中，連接緊固後，在它上麵覆蓋很厚的一層月球岩土，即可耐熱、絕熱、保溫，又可防止輻照。科學家們已設計出一個月麵研究實驗基地，主要任務是進行月麵上的天文觀測、地貌地質調查、礦產資源勘查等。其設計規模可容納60名航天員，能提供居住6爪1月以上的能源及生活必需品。
月麵研究實驗基地，以球形艙和圓筒形艙構成環狀體，分為工作區和生活區兩大部分。工作區由研究實驗艙、工業生產艙、農作物種植艙、生態環境生命保障艙、管理艙、能源艙、物資供給艙、航天港等組成。其中農作物種植艙除生產農作物外，還飼養雞、羊、兔、魚等動物，培植藻類、蕨類植物，以及水果蔬菜等。生態環境生命保障艙內配備有氣體淨化處理、水處理、排泄物處理設施。而能源艙主要是太陽能發電設備，在艙外平地上安放了大麵積的太陽能電池陣。航天港離研究實驗基地稍遠一些，它是用來接待和發射月球飛船的場所。進人生活區，則是另一番天地，這裏環境優美，人生活在裏麵感到安逸、快樂，能洗去一天的工作疲勞。生活區內有公共場所、住宅以及生活配套設施。公共場所供航天員之間交流情感、談天說地、互換信息、餐飲、聚會、娛樂等，航天員在柔美的樂曲聲中翩翩起舞，或在影像畫麵中開懷暢飲，得到足夠的休息。天花板和牆整體漆成白色，使人感到明快、舒適。個人住宅，為航天員個人睡眠、看書報和娛樂的空間，以藍色和綠色這些冷色為基調，使內部裝飾得較為柔和，照明布置使空間富有立體感，生活在這樣的環境裏，感到很幽靜，容易入睡。生活配套設施有健身房、醫療保健所等。
究竟要建成什麽樣的月球基地，這是眾多人關心的問題。一些能源科學家建議，月球上蘊藏著大量的矽、鐵、鋁、鈦、鈣、氧等元素，而這些元素地球上的已足夠供人類使用，開采它們還算不上當務之急。隻有氦在地球上是絕無僅有的，尤其是氦-3，它是地球上沒有的能源，儲量相當豐富，是未來核聚變反應堆的理想燃料，因此，應優先開發建立月球能源基地。另一些能源專家則指出，還應重點建設月球太陽能發電基地。其實二者並不矛盾，這足以說明解決地球未來能源短缺問題已迫在眉睫。
由於月球和地球有著類似的地質特征，都蘊藏著豐富的核資源和建設核電站所需的原材料，因此，很適合在月球上建造核電站。在地球進行核發電時要使用渦輪和水，而在月球上，通過采用熱離子和溫差發電機等高效複合能量轉換係統，便可直接將核能轉變為電能。設想中的月球核能源基地，將包括核燃料供應廠、核發電設施和輸電設施。月球上的電力，通過高傳輸效率的短波長激光束，也就是紫外線區的激光，輸送到靜止軌道上的能量中繼衛星，在中繼衛星上，電能被轉換成在空氣中具有高傳輸效率波長的激光，然後再傳送到位於地球上的接收站。由接收站再將能量分配到各個區去供用戶使用。
月球核能源基地，通常建造在月球的兩極地區，因為極地是向地球進行能源傳輸的最佳場地。月球核能源基地一旦建成，轉入穩定運行後，將全部由機器人操作控製、維護與修理，絕對不會對人類造成汙染威脅。為了建立月球核能源基地，有許多工程技術問題，有待人們盡快研究解決，例如超高效能量轉換係統、空間用核反應堆、空間機器人、大功率輸出的高效激光生成設備、接收設備、激光傳輸的安全技術等。
正如前麵所述，月球上氦-3不僅儲量多，而且是一種潔淨的核能源，這對於淨化地球環境十分有利，對人類來說頗具吸引力。如果將它從月球上開采出來運至地球，供人類享用，無疑使人類獲益匪淺。據預測，從月球的礦石中提取的氦-3，足以滿足整個地球400年能源的需要。經測算，建設一個500兆瓦的氦-3核聚變電站，每年約需50千克的氦-3，也就是說，每年隻要在月麵上挖一個麵積1．5平方千米，深3米的坑。而且它不含放射性物質並能產生更多的能量，用氦-3為原料，核反應堆成本將降低一半。僅開發氦-3月球資源這一點，人們就足以理解重返月球的深遠社會與經濟意義了。
總之，月球基地將成為人類生存延伸到地球以外星球的開端，是人類空間的第一移民區，並且也是人類向太陽係其他行星進軍的中轉站。月球基地的建設是一場新的技術革命，必將對世界的文化、經濟、社會、科技等各個領域產生重大和深遠的影響。第五章
在無邊無際、廣袤浩瀚的太空中，還有什麽是我們所不知道的呢?隨著航天技術的發展，我們有理由相信，各種神秘的現象將會被一一揭開。