未來國際月球科研站資源如何利用？怎樣發展？快來看看這篇構想_風聞

來源：中國宇航學會

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裴照宇,王瓊.國際月球科研站資源利用發展路線戰略構想[J].宇航學報,2024,45(04):625-637. DOI：10.3873/j.issn.1000-1328.2024.04.014.

PEI Zhaoyu,WANG Qiong.Strategic Concept of Resource Utilization Development Route of the International Lunar Research Station[J].Journal of Astronautics,2024,45(04):625-637. DOI：10.3873/j.issn.1000-1328.2024.04.014.

摘 要

以中國倡導的國際月球科研站總體架構和創新發展需求為依據，對月球環境、位置和物質3類廣義資源的內涵概念進行了梳理和界定，對資源利用活動及高價值利用方法進行了分類研究，對月球資源利用關鍵技術問題以及工程實施準則進行了剖析，提出了近-中-遠三期月球資源綜合利用的發展目標和發展路線構想。本文的研究成果，可為相關任務論證設計和有針對性的科學技術預先研究提供參考。

引  言

月球是距離地球最近的自然天體，也是人類開展深空探測活動的前哨站。縱觀上世紀以來人類月球探測活動的發展歷程，呈現出了從認識月球到利用月球的歷史必然。

1959年至1976年間，以蘇聯的月球（Luna）系列和美國的阿波羅（Apollo）計劃系列探月活動為代表，人類掀起了第一輪探月高潮。在當時的歷史條件下，美-蘇兩國共同創造了人類月球探測的多個先河：首次環繞探測，首次軟着陸探測，首次巡視探測，首次把月球樣品帶回地球，首次把航天員送上月球並安全返回。美蘇兩國開啓了人類深空探測活動的序幕，建立了人類深空探測活動的工程體系，深化了人類對月球的科學認識。在當時的歷史背景下，由於美蘇兩個大國都以誰搶先、誰更有體制優勢為競爭要素，探月活動難以可持續推進。1976年蘇聯的Luna 24任務實施後，人類的探月活動進入沉寂期。

1994年，美國發射了克萊門汀號（Clementine）環月探測器，首次找到了在月球極區的永久陰影坑內可能存在水冰物質的遙感證據，開啓了人類第二輪探月高潮。繼美國之後，歐洲空間局（ESA）、日本、中國、印度等國家或組織也陸續開展了月球探測活動，月球環境科學、月球資源勘查成為第二輪探月的主要目標。截至

2020年，中國圓滿完成了“繞、落、回”三期探月工程，實現了中國的首次環月探測、首次着陸巡視探測、首次採樣返回以及人類首次月球背面着陸巡視探測，中國的月球探測能力和探月成果得到了國際社會的高度認可。

當前，月球正成為人類發展新的戰略空間。美國啓動了規模宏大的阿爾忒彌斯計劃，聯合30多個國家，擬在月球南極建立阿爾忒彌斯大本營（Artemis base camp），把航天員送上月球，並利用人機協同的方式部署建造基礎設施，開展月球資源利用等新技術試驗，並將載人月球探測的成果和經驗外延至火星。中國提出了國際月球科研站（International Lunar Research Station， ILRS）大科學工程計劃，聯合多國，擬在月球南極構建國際月球科研站，通過長期無人自主、短期有人蔘與的形式，實施月球科學研究、資源利用和月基建造等任務活動。中美兩國均將月球探測的單次任務模式推向多次集羣任務模式，其目的不僅在於深化月球科學認知，還均將月球資源利用作為亮點任務，這標誌着人類月球探測活動的核心目的已從“認識月球”轉變為“認識與利用並重”。

在月球探測進入認識與利用並重階段這一新的時代背景下，為實現中國月球探測高效率、高效益、可持續的高質量發展，國際月球科研站大科學工程計劃應運而生。在月球科研站總體架構下，如何實現月球資源利用的創新發展和國際引領，如何以月球資源利用為抓手推動形成地-月空間經濟新產業，亟需解決月球資源利用發展目標、發展路線、任務規劃等頂層戰略問題。圍繞這些問題，本文對月球資源利用的概念內涵和活動分類，發展願景、目標以及主要戰略資源的利用策略，關鍵技術體系和工程實施準則，發展建議等進行了初步探討。

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月球資源利用發展趨勢和需求

1.1 國際發展趨勢

2017年，美國總統簽署了“1號太空政策令”，正式批准了阿爾忒彌斯計劃。該計劃由NASA主導，目前已有30多個國家參與。其核心目標是，把航天員送上月球並安全返回，利用人機協同方式開展資源利用與月基建造等新技術試驗，並建立常態化駐留機制，為未來的火星載人登陸任務鋪就道路。與此同時，美國也率先發起了太空資源利用法規研究。2015年，美國製定了《2015外太空資源探索與利用法》，提出了“誰先勘探，誰先擁有”的外太空資源商業開發原則。2020年，美國總統簽署了有關“鼓勵國際社會支持空間資源回收和利用”的行政令，鼓勵美國公民開發太空資源，吹響了太空資源開發的競爭號角。

ESA計劃於2025年前登上月球並主導建立國際月球村，利用月壤作為3D打印的材料來建造居住艙；從陰影坑裏獲取水，在月球表面種植農作物。俄羅斯聯邦航天局在《2016—2025年聯邦航天規劃》中將月球定位為深空探測的研究重點，計劃於2025年前完成月球南極着陸和巡視任務，旨在驗證原位資源利用技術。

2021年中國發布了《國際月球科研站合作伙伴指南》，旨在通過國際合作的方式共建國際月球科研站。中國正在實施的探月四期嫦娥七號任務，擬對月球南極永久陰影區內的月壤水冰和揮發分賦存狀態實施採樣詳查；嫦娥八號任務也將着陸於月球南極地區，構建月球科研站中樞，並開展月壤資源原位利用新技術驗證。通過嫦娥七號和八號任務的實施，構建月球科研站的基本型，為後續國際月球科研站的規模化構建與高效益運營奠定基礎。與此同時，中國也正在實施載人月球探測工程登月階段任務，將於2030年前實現中國人首次登月。

縱觀美國、歐洲和中國的月球探測規劃，針對月球資源利用的發展趨勢，可概述如下：

1.

認識與利用並重，成為後續月球探測活動的新特點。進入21世紀以來，美國、歐洲、中國等航天大國紛紛提出了在月球上構建長期無人自主運行、短期有人值守的月球科研站或月球基地的規劃，並把認識月球和利用月球作為同等重要的科學目標。月球探測的核心目的，已從“認識”過渡到“認識與利用並重”。月球上獨特的物質、位置和環境資源的獲取與有效利用，是月球科研站總體方案和運營活動規劃的重中之重。

2.

月球資源利用水平和深度，是科研站可持續發展的牽動性因素。月球資源利用既具有科學引領性、技術帶動性，又具有經濟回報性，其綜合效率和效益指標將成為月球科研站建設與運營成效、可持續發展能力的核心評價要素。在月球資源利用的初期，有望實現科研站基礎設施、部分生保物資製備、部分稀貴金屬提取與轉化利用新技術驗證，為載人登月活動補充部分物資；在月球資源利用的中期，可以實現水/氧氣/氫氣等生保物資和推進劑的規模化生產，可利用月基礦物資源提取並製造零部件、建造小規模月基建築，部分物資將不依賴於地球；在月球資源利用的遠期，可構建出網點化功能站，如極區水冰提取站、月基冶煉站、月基製造站、月基發射場等，大多數物資將不依賴於地球的運載投放，月球科研站將成為人類地月同系活動的主場地，形成地-月系統之間的經濟圈和產業鏈。

3.

月球資源利用剛剛開始，尚未形成個別國家絕對引領態勢。美國在世界上率先啓動了月球資源利用預先研究和月球資源評估工作。針對月球物質資源的利用，月球水冰的開採與氫氧轉化、月壤熔融製氧、從月壤中提取氦-3（3He）、月壤3D打印等成為預先研究的重點，並在地面上開展了實驗室級別的試驗驗證。美國雖起步較早，但因航天任務立項和經費制約，相關成果多處於地面驗證階段，暫未形成絕對引領地位。

1.2 創新發展需求

在未來的20～30年間，中國倡導的國際月球科研站與世界各航天大國的月球探測與資源利用計劃將在同一歷史節點、同一場景（如：月球南極）展開比對性競爭。中國的月球科研站需具備理念/模式/體系架構等層面的創新，以實現多快好省的建設目標。在運營模式與內涵產出方面，資源利用水平、新技術試驗、月地空間經濟/商業活動等，將成為科研站獲得經濟回報、與其他國傢俱有比較優勢的切入點。因月球資源利用尚屬於新生事物，中國為實現本領域的創新和國際引領性發展，需要高度關注並系統性解決以下問題。

1） **頂層規劃：**相比於認識月球階段的單點/單次/單目標/短期服役模式，月球資源利用活動與科研站模式下的多次/定點集羣/長期服役等月基裝備投送與運維活動深度耦合，月球資源利用涉及的體系更為龐雜、月基作業模式更為複雜多樣、月面作業模式和作業目標更有針對性。科研站選址、科研站裝備投放及時序編排、月基裝備移動及作業能力等都會影響月球資源利用的效率和效益。為此月球資源利用的頂層規劃必定要與月球科研站的建設與運維方案相匹配，需要站在國家航天領域創新發展的層面開展頂層規劃，需具有戰略性、全局性、時效性和可持續性等多維度考量。

2）**發展路線：**對於月球資源利用來説，會涉及無人、有人、人機結合等多種模式，也會涉及戰略性資源採集與利用的優先級問題。長期無人自主/短期有人蔘與模式下，中國版月球資源利用發展路線圖如何規劃成為當下需重點解決的問題。亟需開展月球資源利用科學目標、工程實施路線圖、核心技術體系、國際合作方案等的系統規劃與論證等工作。

3）**能力建設：**面向月球資源利用這一新生事物，世界各國的底藴性差距在於月球資源利用基礎研發能力體系。在充分繼承中國探月工程已有能力體系的基礎上，亟需重點突破月球資源詳查及可利用性評估、資源賦存等效型模擬物製備、資源利用地面擬實驗證與評價條件等建設工作，瞄準科學前沿，構建具有世界領先水準的月球資源勘查與利用載荷研發平台。這些工作對後續資源利用方案論證及工程實施具有支撐性戰略意義。

4）**集羣創新：**月球資源利用與科研站所在地址條件、科研站作業裝備能力息息相關，月基資源利用可借鑑，但不能直接照搬地球上工業化資源開發與利用的方法體系和技術手段。需在月基資源可用性、月基礦冶理論與工藝方法、月基裝備設計準則、月基資源綜合利用等多個領域開展新理念/新模式/新方法/新技術等多個維度的集羣創新。

5）**月球環保：**在月球資源開發與利用過程中，應遵照必要的環境保護條款，對月基資源利用的行為和後果做環境耐受性評估。從地球上投送至月面的物質需滿足行星保護條款，不能讓地球投送物對月面環境造成污染；月面上的資源開採、運輸、選礦、冶煉等過程，應限制其作業對自然條件的擾動閾值，限制上述作業過程直接或間接產物在月面擴散閾值。月球環保是一個新問題，其內涵和外延在後續工程進展中會不斷加深和拓展。

6）**國際法規：**月球資源是人類共有的自然財產，應秉持人類命運共同體的理念，在聯合國外空委層面出台並頒佈星球資源利用公約。美國等國家牽頭制定了一些針對地外空間資源利用的法規，但尚未形成普遍認可的國際共識。中國在月球資源利用體系和方案規劃過程中，需要積極參與國際合作，推動月球資源利用領域國際法律法規的制定和完善，確保資源利用活動在國際法規框架下進行，並維護自身的合法權益。

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月球資源利用概念與內涵定義

鑑於月球獨特的環境與位置條件，以及因月球形成和演化歷史所導致的獨特物質屬性，月球資源利用與地球資源利用的場景條件和內涵具有重大差異。月球上固有的“物質”也不能泛泛而談地被視為“資源”，應該充分考慮運載能力、可達性等工程約束，需在滿足“主觀需要、客觀可用”的原則下予以實施。為此，在開展月球資源利用頂層規劃和工程實施過程中，需首先對月球資源利用的概念內涵和活動分類等進行合理定義。

2.1 相關概念與場景

相比於地球資源開發與利用，月球資源利用行為方式受科研站所在位置的月面資源賦存條件、月基裝備作業能力等因素制約，月球資源利用的目的和方法手段具有自身的獨特性。參照國際月球科研站構建目標及對資源利用的內涵需求，對月球資源利用的概念及分類做以下界定：

1）**資源利用場景：**面向未來的月球資源利用活動發展預期，資源利用活動場景可分為月面資源採集、月面資源利用、月軌資源利用3類場景。月面資源採集，是資源利用的前置動作，本文所指的資源採集活動，默認為全部發生在月球表面；月面資源利用，依託着陸於月球表面的智能裝備，通過無人自主或人機聯合方式，在月面上實施的資源採集、物質/能量的轉化、物質/能量的二次利用等行為；月軌資源利用，特指在環月軌道飛行的軌道艙/月軌空間站上發生的物質轉化與利用等行為。

2） **廣義月球資源：**廣義的月球資源有環境資源、位置資源、物質資源3大類別。

3） **環境資源：**涉及探測器在月軌、月面環境中所處的環境條件，如微/低重力場、高真空、大温差、強輻照、微隕石撞擊、太陽風輻照、月壤剖面恆温層等環境條件。在廣義資源利用模式和實施工藝中，應主動將上述環境條件作為有利條件加以“化危為機”式的正向運用。

4）**位置資源：**涉及日-地-月位置、科研站落區所決定的月球區域位置、探測器所在的地理位置等內涵，特指因獨特的空間位置優勢所具有的資源化轉化潛能，如光照條件佳的月球南極“永晝峯”、適於低頻射電觀測的月球背面等。

5）**物質資源：**特指在月面上賦存的月壤、月岩等物質形態資源，從高價值利用的角度一般重點指向月球水冰、鈦鐵礦、氦-3等戰略性物質資源。

表1  廣義月球資源分類及應用潛能

Table 1  Generalized classification and potential applications of lunar resources

6）**原位資源：**特指賦存於月球科研站、探測器可達範圍內的位置/環境/物質資源。原位資源與地球上帶來的物質資源具有明確區分度，倡導儘量少帶或不帶地球輔料物質。

7）**原位利用：**特指在科研站、探測器月面可達範圍內的資源採集和資源轉化利用行為。

8）**離位利用：**特指將物質載體長距離轉移至其他科研站站址、月球軌道等場所的資源利用形式。如從月面某個科研站長距離轉移至另一科研站、從月面轉移至月軌、從月面或月軌轉移至地球等資源利用模式。

9）**月基製造：**以金屬或非金屬材料為主要原料，在月面或月球軌道上利用增材、減材、等材等製造手段，通過特定裝備將特種物資材料轉化為功能零部件或特需裝置等製造活動的總稱。

10）**月基建造：**以月壤或月岩為主要原料，利用智能裝備在月球表面或地下構建基礎設施、修建庇護場所等活動的總稱。

2.2 典型利用活動分類

面向高收益資源活動開展並支撐科研站可持續構建等目標需求，可將月球資源利用活動劃分為能源獲取與利用、礦物開採與轉化、月基建造與運維3大類。其中，能源獲取與利用是月球資源利用的前提和保障，主要目標是合理應用月面上的太陽能和月壤剖面的温差能；礦物開採與轉化是月面資源利用的主要物質對象，核心目標是利用好月壤水冰、鈦鐵礦兩大類物質資源；月基建造與運維是資源利用的活動模式載體，機器人自主作業和人機協同作業是主要技術支撐。

本文依據國內外月球資源利用現狀及發展趨勢，特別是以支撐近-中-遠期月球科研站的可持續高效構建與高收益運營為目標，規劃了原位資源利用活動的利用模式、利用方法和用途，可為國內各專業團隊開展有針對性研究提供參考。

表2  典型月面資源利用活動分類

Table 2  Classification of typical lunar resource utilization activities

2.3 資源綜合利用準則

月面資源利用活動不僅限於狹義的月面物質資源的採集與轉化應用，它與科研站模式下智能裝備的支持條件高度耦合，還與周邊的環境條件、位置條件息息相關。本着“資源可分類，利用需綜合”的月面資源利用方針，本文規劃了月面資源利用場景（圖1），表達了能源動力、物質轉化、月基建造的拓撲關係，以及各類資源利用活動之間的內涵關聯和拓展應用關係。

圖1  月面資源綜合利用場景及內涵關聯拓撲場景規劃

Fig. 1  Planning of comprehensive utilization scenarios and connection related topological scenarios for lunar resources

面向月面資源綜合利用活動的規劃及載荷設備配置需求，本文提出以下準則：

1）**因地制宜原則：**資源利用應與科研站站址的地理和地質條件、環境條件、月基裝備作業能力等綜合條件相匹配。科研站對各類物質資源的利用是有優先級的，地理差異巨大的資源利用，可在不同的科研站中予以實施。2）**效率與效益優先原則：**在規劃月面資源利用模式與實施方案過程中，應統籌考慮資源開採、運輸、分選、冶煉、提取、功能化建造等環節所需代價，併合理預估目標產出物所帶來的關聯效益，實現效費比最大化。

3）**點-線-面內涵關聯原則：**在資源利用過程中，需要構建能源動力、物質採集與轉化、月基製造/建造等內涵要素之間的工藝和時序匹配性關係，由點擴成為某條支線，多條支線間構建形成全面的資源利用關聯關係矩陣。為此，脱離具體約束泛泛而談某種物質的資源利用是沒有工程意義的。

4）**邊建邊用原則：**在科研站構建過程中，資源利用載荷與月基作業裝備同等重要。應轉變完全依賴地球投送的建設理念，儘可能地採用原位資源利用的方式，實現科研站部分設施的構建。

5）**循序漸進原則：**在科研站構建過程中，尊重科學技術的自然發展規律，本着由簡到繁、循序漸進的原則開展資源利用載荷的投放與月基運營，在保證可靠實施的前提下，提高月球資源利用的效率與效益指標。

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月球資源利用發展路線戰略構想

3.1 國際月球科研站

早在2016年，國家航天局就提出了構建國際月球科研站的戰略構想，並於2020年獲得科技部國際大科學工程培育項目支持。國際月球科研站是中國聯合多國共同建設，在月球表面與月球軌道，長期無人自主運行、短期有人蔘與，可擴展可維護的綜合性大型科學實驗設施。科研站由地月運輸系統、月面長期運行保障系統、月面運輸與操作系統、月面科研設施系統、地面支持及應用系統5大基礎設施構成，具備能源供應、中樞控制、通信導航、天地往返、月球科考和地面支持等保障能力，可支持開展科學探測研究、資源開發利用、前沿技術驗證等多學科、多目標、大規模科學和技術活動。

國際月球科研站提出了月球考古、巡天揭秘、日地聯繫、科學實驗、資源利用5大類科學目標。

國際月球科研站的預期建站地址是月球南極區域，擬通過多次定點着陸任務，向月面投送功能裝備，並在科研站架構下，開展資源利用、新技術試驗等科學任務。嫦娥八號是國際月球科研站的先導任務，將在月球南緯80°以上極區內進行現場地形勘查，選定科研站建址中心；將初步建立指揮通信中樞，並開展月球原位資源利用的小型原理驗證實驗。在此基礎上，我國將分步驟在月面構建國際月球科研站。

3.2 月球資源利用發展願景

面向月球及深空資源利用的長期發展願景，規劃了4個發展階段。第1階段將在月面和環月軌道上開展月球原位資源利用；第2階段將月球資源帶回地球利用；第3階段將在更遠深空開展原位資源利用；第4階段將深空資源帶回月球或地球利用。資源利用的整體場景覆蓋時間久遠，而第1階段是未來資源利用模式的開端，核心目的是構建月球資源利用科學、技術和工程實施新體系，推動科研站可持續構建與高效益運營。

面向月球資源利用，從時間維度可將科研站資源利用活動進一步劃分為建設階段、驗證階段、規模化應用階段；從功能實現維度，可循序漸進地在月面上開展能源獲取、資源詳查、資源開採、資源轉化和原位利用等活動。本文規劃了各階段的資源利用活動內容及功能遞進發展路線（圖2）。

圖2  月球資源利用時序性功能遞進發展路線

Fig. 2  Roadmap of sequential functional progression on lunar resource utilization

3.3 典型戰略資源利用規劃

從狹義的月面物質資源開採與利用角度出發，月壤是未來可利用物質資源的主要對象和載體。縱觀國際上對月壤物質資源的利用，從利用效率與效益的角度出發，月面上最有利用價值、世界各國搶佔性獲取的戰略資源有鈦鐵礦、月球水冰、氦-3等3大類。

鈦鐵礦：高品位鈦鐵礦是月壤製氧、金屬冶煉、氦-3提取的優良原料。

月壤水冰：主要分佈在月球南北兩極永久陰影區內，有表面霜凍層、剖面水冰兩種賦存形態。因水物質是生保物質、氫氧推進劑的主要原料，是資源利用時代月面上最具有開發潛力的戰略資源。

氦-3：源於太陽風與月壤物質的相互作用，富集於高鈦玄武質月壤顆粒表面微納結構內。通過加熱等方式可實現提取，可作為核聚變燃料。

截至目前，對上述月面物質資源的研究結果表明：鈦鐵礦廣泛分佈於月球表面，月壤是鈦鐵礦的主要承載體；月壤水冰分佈在永久陰影區內，開採難度較大；氦-3物質富集於高鈦玄武質月壤內，提取和存儲困難，如何對核聚變燃料加以應用還有很多難題等待解決。

在這一歷史背景下，本文提出以科研站近-中-遠3個階段發展規劃為主線，從科學認識、技術可達性、工程可實現性3個維度預估上述3類戰略資源開採利用的發展目標，為國家後續任務規劃和工程化實施方案制定提供參考。

在科學認識方面，分為推斷性、充分性、量化性3個成熟度等級；在技術可達性方面，分為原理驗證、實施驗證、經濟運行3個成熟度等級；在工程可實現性方面，分為實施受限、實施平衡、實施可達3個成熟度等級。在月面資源利用歷史發展過程中，科學認識、技術可達性、工程可實現性的成熟度等級是循序漸進、逐漸拓展的，鈦鐵礦、月球水冰和氦-3等戰略資源的利用深度也是與時俱進的。

本着效率與效益優先的原則，本文規劃了在科研站近-中-遠3個階段，上述3類戰略資源的利用策略（圖3）。初步結論如下：在科研站構建的初中期，鈦鐵礦、月球水冰具備一定的可利用條件；在科研站構建的遠期，鈦鐵礦、月球水冰可規模化開採利用，並能獲得顯著效益，氦-3資源也已具備開採利用價值。

圖3  國際月球科研站3類戰略資源利用潛能預測模型

Fig. 3  Prediction model for utilization potential of three types of strategic resources for ILRS

表3  月球資源利用可實現度三維度評價指標解釋

Table 3  Explanation of three dimensional evaluation indicators for realizability of lunar resource utilization

3.4 月球資源利用發展目標構想

面向中國主導建設的國際月球科研站歷史背景和工程需求，月球資源利用的實際效果是月球科研站建設水平、運營效能、可持續發展潛力的重要影響因素。本着邊建邊用、效率與效益優先的原則，中國的月球資源利用活動可規劃為“近-中-遠”3個歷史階段。

**近期發展目標：**在2020～2035年間，形成中國版月球資源利用戰略發展規劃，開展先期技術攻關和地面支撐條件建設；完成月壤成型、水冰開採及氫氧轉化、月壤製氧等原位資源利用月基驗證。

**中期發展目標：**在2035～2045年間，構建形成覆蓋全球的“1主站+X分站”分佈式科研站佈局，並在各站實施資源利用獨立運營與站間資源協同試驗，月基資源利用得到全面驗證。

**遠期發展目標：**在2045年後，中國的月球資源利用實現國際引領，在能源獲取與利用、礦物開採與轉化、月基建造與運維3大領域開展規模化應用，部分月基資源利用活動取得顯著經濟回報。月球成為深空探測的前哨站，啓動實施火星科研站建設及火星資源利用拓展。

依據團隊前期研究成果並結合國家各輪專家論證情況，本文對中國月球資源利用近-中-遠3期具體建設內容和擬達目標進行了闡述（表4），相關內容可作為國內同行的參考。

表4  月球資源利用建設規劃與發展目標

Table 4  Construction planning and development goals for lunar resource utilization

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月球資源利用關鍵問題

4.1 關鍵技術體系

面向月球科研站模式下的規模化資源利用活動，因地-月環境條件差異、月壤物質特性、運載能力、資源利用效費比等制約，與地面礦冶工程具有重大差異，需高度關注並解決如下技術問題：

1）**月球礦產資源精準勘查技術。**在科研站模式下開展的資源利用活動，可參考遙感數據，但更需要月基裝備搭載近景詳查載荷和礦物勘查與甄選載荷。為此，亟需突破月面礦物資源高精度分佈式詳查、月壤剖面資源縱深分佈詳查等關鍵技術。

2）**月球礦物資源高效開採技術。**在月面資源開採過程中，必定要引入礦物品位、主觀利用匹配度、開採效費比、物料載運可達性等指標。為此，亟需突破高分辨率礦物辨識與預判、月基典型礦物開採方法與技術（水冰、鈦鐵礦等）、礦物分選方法與技術（力、磁、電等）等關鍵技術。

3）**月基礦冶工藝技術。**常規的月球探測習慣於將月球的低重力、高真空、大温差等環境條件作為惡劣而苛刻的條件對待。在科研站模式下的月壤/水冰冶煉和轉化過程中，一方面要合理而巧妙地利用好上述條件，另一方面不能簡單移植地面上的冶煉和轉化工藝。為此，亟需突破月壤基原位冶煉物質分離與分餾機理、月基冶煉工程熱物理、狀態監測與智能調控、月基冶煉裝備設計規範與方法、月基冶煉效費比評價體系等關鍵技術。

4）**月基原位製造技術。**在月面開展金屬和非金屬材料的製造，同樣會涉及減材、增材和等材3類製造工藝［24］，但受制於運載能力、月面熱環境等因素，不能簡單照搬地面常規制造方法和工藝。為此，亟需開展月基製造功能型譜規劃、地-月製造場景及條件差異機理與應對策略、月基高效率高效益製造方法與技術、月基製造安全與環保應對措施、小型化可拓展月基製造體系研究等關鍵技術的研究。

5）**月基原位建造技術。**面向以月壤剖面結構為支撐體，以月壤為主要原料的月基建造活動場景，應充分引入月面環境條件、月壤原料特性、月基裝備作業能力等新制約，相關工藝和建造能力與地面建造具有重要差異。為此，亟需突破月基製造功能型譜規劃、月基建造物需求分析、地-月建造場景及條件差異機理與應對策略、月基高效率高效益建造方法與技術、月基建造安全與環保應對措施等關鍵技術。

6）**地面擬實驗證與定標技術。**截至目前，中國已初步具備月球採樣探測所需的試驗驗證條件，但無法支撐月球資源勘查載荷、資源利用載荷研發需求。為此，亟需突破資源賦存等效型模擬月壤製備、月球礦物綜合物性近景詳查載荷研發平台構建、資源開採-分選-轉化載荷研發平台構建、資源利用過程多物理場無損觀測與效能評估等關鍵技術。

以上的關鍵技術體系構成了實現月球資源利用的基礎和框架。這些技術相互關聯、互為基礎、相互作用，共同推動月球資源利用的發展。

4.2 工程實施準則

月球資源維度多、分佈廣，月面環境複雜，工程支持能力有限，資源利用工程實施的難度大。為確保月球資源利用工程實施的有效性，需要建立評價準則來指導工程方案設計，優選評價相關載荷。

按照評估因素的重要性順序，構建瞭如圖4所示的資源利用方案設計及載荷配置判定準則。

圖4  月球資源利用工程實施優先級判定準則

Fig. 4  Criteria for prioritizing engineering implementation of lunar resource utilization

**匹配性：**匹配性是評估資源利用工程實施的首要條件，關係到資源利用任務是否符合客觀實際，是否可持續發展；在功能上考慮能否接駁，能否有標準化和互操作化的接口設計；在任務上考慮能否進行投送，能否適應環境佈設開展相關作業任務；在資源上考慮能否獲得穩定有效的能源支持，是否具有豐富可開採的特定資源；在產出上考慮是否具有可持續開採價值，能否產出支持月面活動的資源產品。

**科學性：**科學性是指應當以科學目標為導向設計相關載荷，實施工程任務。以科學產出為目標，設計相關工程任務實施方案，尊重科學實驗性工程任務的客觀規律，實現科學產出與工程實現並重。以機理和基礎研究為目標，工程設計應當向機理和基礎研究的實驗條件傾斜。

**先進性：**先進性是指工程實施的原理先進，綜合性能指標先進，其最終效率和產出效益達到國際領先水平。工程設計的原理上，要考慮月球特殊環境，工程設計和實施模式要“應景”，規避地面系統“等比縮小”的錯誤設計思維；設計的總體指標上，確保資源利用產出效率和效益指標領先，確保相關工程設計綜合指標領先。

結  論

在月球探測的核心目標從認識月球轉變為認識與利用並重的歷史階段，本文以中國倡導的國際月球科研站總體架構為依據，針對月球資源利用這一新事物，對相關場景和概念做了定義，提出了月球資源利用頂層規劃和發展目標構想，並闡述了相關科學問題、技術體系和工程實施準則。本文形成的主要結論和建議如下：

1）月球資源利用發展潛力巨大，是撬動月球科研站可持續發展的戰略槓桿。綜合利用月球上的環境、位置和物質資源，可實現生保物資、火箭推進劑、工程材料和器件的原位生產，改變了單純依賴地球投送的深空探測模式，還可進一步推進月基裝備的在軌維修與拓展、進一步實現月基建造和基地拓建。為此，月球資源利用是撬動國際月球科研站可持續構建與高效益運營的戰略槓桿，也是中國和世界各國協同利用外空資源、促進人類命運共同體和諧發展的重要切入點。建議在國際月球科研站建設規劃中，重點推進月球資源利用領域的新理念/新模式/新概念/新技術研究。

2）儘早啓動月球科研站工程，搶佔月球資源利用創新發展先機。美國、歐洲等發佈的未來探月計劃，均把月球資源利用作為亮點任務予以實施。可以預見，在未來的20～30年間，中國的國際月球科研站將與美國的阿爾忒彌斯計劃等在同一歷史節點、同一場景（月球南極）展開比對性技術和運營效率競爭，月球資源利用的水平將成為核心競爭點。為此，建議國家儘早啓動國際月球科研站大科學工程，及時制定併發布國家層面的月球資源利用發展路線圖，引導國內相關單位開展有針對性、有明確約束條件的有效研究。

3）高水準構建基礎研發能力體系，支撐中國月球資源利用工程實踐需求。單點單次探測時代的工程試驗驗證體系，不適用於科研站模式下的資源詳查、開採、礦物分選、冶煉提取。面向月球資源利用新技術研發，亟需滿足資源賦存等效型月球模擬物製備、月基資源勘查擬實場景與測試條件構建等新需求，美國等國家在此方面也沒有獨特的優勢。為此，建議國家加大對月球資源利用基礎研發平台的支持力度，以世界領先水準為目標，採取國內與國際相結合的方式，構建月球資源利用地面大科學設施羣，以此為基礎推進基礎和應用研究、推進國際合作。

4）注重頂層戰略規劃研究，推動國內研發資源的有組織高效協同。月球資源利用是一個新生事物，且與科研站頂層規劃和戰略部署高度耦合。國際月球科研站架構下的月球資源利用戰略規劃研究內涵深刻、時序和功能接口關係複雜，承載的支撐科研站可持續發展歷史責任重大。為此，建議國家層面注重月球資源利用頂層戰略研究，科學制定科學目標和工程實施路線圖。引導國內各研發單位，積極參與國家層面的頂層論證，引導國內同行在充分理解國家創新發展戰略的前提下，面向國際月球科研站總體架構與可持續發展需求，開展有組織、有針對性的高效協同研究，共同促進中國月球資源利用事業的創新發展。