月球探测
与资源开发利用研究（21）
胡经国
8、信息时代月球资源新类型
相关文献指出，在信息时代，最具开发价值的月球资源不仅包括有形的实体的自然资源，而且还要包括符合时代发展的无形资源以及有形资源与无形资源的结合体。该文献设想了以下几种可能的、相互关联的月球资源：文化品牌资源、特殊位置资源、月痕资源和遥物权资源。并且，该文献还提出了关于月痕资源开发体系的构想。
⑴、文化品牌资源
对于人类来说，月球的价值不仅在于有形实体资源的开发利用，而且更加重要的还在于月球自身的品牌价值。这种宝贵的价值既来源于世界各国的历史文化传说，也来源于月球在人类心目中经久不衰的崇高声望和地位。
⑵、特殊位置资源
一方面，在进行月球以远的航天活动时，作为地球卫星的近地的月球具有无可比拟的位置优势；另一方面，月球本身尺寸庞大，对地球而言具有全球可视性，并且地－月自转公转周期相同，正面地点易于直观定位。
⑶、月痕资源
这里的月痕是指人类活动在月面形成的痕迹，如航天员在月面留下的脚印和月球车车轮留下的印记等。在月球表面，大部分区域都覆盖着厚厚的月尘，这使得月面活动很容易产生痕迹。由于月球没有大气，因而月面活动产生的痕迹能够长期保留而不消失，其寿命可长达几千万年。虽然月面区域很大，但是一旦留下痕迹就很难消除。从这种意义上来说，痕迹空间即月痕也是一种有限而有价值的资源。
⑷、遥物权资源
这是月痕资源概念的拓展。遥物权是指对地球之外的物体的使用权或所有权。月球资源的所有权原则上属于全人类。但是，本着“先到先得、先开发先占有”的规则，只要经过遥操作开发乃至载人现场开发的资源，都可以赋予物权属性，供人们进行商业交换。
9、月球资源如何运回地球？
月球资源如何运回地球？虽然理论可行，但是现实差距太大。
月球有着太多的秘密等待人们去发掘。人类历史上第一次登月距今已有近百年的岁月。经过多年的研究我们知道，月球上拥有极其丰富的矿产资源。利用这些资源可以制造出人类所需物品的将近百分之九十。随着地球资源的逐渐枯竭，月球资源利用逐步进入了科学利用的计划之内。
关于月球资源利用，首先我们知道，星际之间的资源运输是非常困难的。要想实现月球对地球的资源补给，其技术绝对是第一要素。所以说，如果要利用月球资源，那么第一步就要考虑的是如何将资源运回地球。
科学家表示，首先人类需要完美掌握先进的航天技术。而另一步则是要在月球建立一个科研基地。只有这样才能形成地－月联络运输站。此外，还需要有一个推力非常大的火箭系统，能够将庞大的资源运送到目的地；而这其中的一步也需要在太空之中打造一座太空中转站。
可是，以上想法虽然在理论上比较可行，但是制造成本都是非常惊人的。以目前人类的技术以及资本现状，还远远无法完成这一计划。但是，以目前人类社会发展的速度以及趋势来看，不过百年之后有很大可能突破这些限制，甚至是利用更遥远的星球的资源。一旦人类进入星球资源开发利用阶段，那么就会出现地球经济的新一轮繁荣，带来宇宙版的“新航海时代”。
10、月球重力场与资源分布特征研究
月球探测在科学、经济、军事等诸多方面都具有重要意义。月球的矿产资源、能源资源和特殊环境资源具有巨大的利用前景。月球重力场作为月球的主要物理特征之一，在月球的研究中具有非常重要的作用。
美国的“克莱门汀”（Clementine）和“月球探测者”（LunarProspector）号月球探测器，分别于1994和1998年完成了对月球形貌、水冰以及月球重力和磁场等物理参数的高精度、高分辨率探测。其中，月球探测者号还利用伽玛射线仪探测了月球表层中铁、钛、铀、钍和钾等元素的含量分布。这些为我们进一步研究月球的空间与表面环境，月球的地形、地貌、地层与地质构造，月表土壤与岩石的分布、成分与成因，月球物理场特征，以及月球的内部结构、演化与成因，都提供了大量的科学数据和证据。
相关文献在介绍中国国内外月球研究的历史和现状的基础上，对月表地形和重力场特征进行了概括；通过对现有的月球重力和地形数据，提出了对月球内部物质分布特征的理解和认识；研究了物质瘤重力场特征和可能的高密度物质分布特点；在此基础上，根据“月球探测者”号测得的数据，对月球表面金属钛、铁、镁、铀、钍、钾的分布特征进行了分析。
该文献的内容主要包括以下几方面：
⑴、对现有的月球重力和地形数据进行分析和计算，通过对比月球重力异常图和月球地形等值线图，提出对月球内部物质分布特征的理解和一些认识。
⑵、在月球参考框架和月球坐标系的基础上，结合月球地形模型，对球坐标系下的重力异常的正演公式进行了推导。
⑶、物质瘤的存在是月球重力场的显著特征，也是月球重力场不同于地球重力场的地方。该文献对月球上物质瘤的重力场特征进行了讨论，分析和计算了几个典型物质瘤的中心深度，并且对其成因进行了分析。
⑷、根据“克莱门汀”和“月球探测者”号测得的数据，对月球表面金属钛、铁、镁、铀、钍、钾的分布进行了分析，研究了这些金属元素的分布与月球地貌的关系，计算各金属元素之间空间分布的相关系数，分析了蕴藏这些金属资源地区的岩性及各种元素可能的来源。
链接：月球质量瘤
月球质量瘤，又叫做月球物质瘤，简称月瘤，是指月表的重力正异常、较致密物质区。在月球的史密斯海等撞击盆地，均有正的重力异常、质量瘤的存在。这表明月壳是具有足够刚性的，可以长期支持质量瘤的过剩质量。质量瘤可能是一些密度比原始月壳大的小天体落入月表而形成的；或者是月球木身演化的产物。
11、月球上有哪些资源？
月球上蕴藏着极其丰富的资源。地球上最常见的17种元素在月球上比比皆是。在人类物质、能源需求不断增长的今天，是否可以将月球开发成为人类的天然资源补给基地？
⑴、月球表面的三种主要岩石类型
20世纪60、70年代，美国的阿波罗登月飞船和前苏联的月球号自动采样月球探测器，分别从月球上取回了月岩和月壤样品。科学家对从月球带回来的样品进行了非常详细而系统的研究。他们发现，组成月球岩石的绝大多数矿物与地球的组成矿物没有什么区别。其中，只有5种月球矿物目前在地球上尚未发现；而这5种矿物在月岩中也比较少见。根据对月岩和月壤样品的研究，科学家认为，月球表面存在着以下三种主要岩石类型：
①、月海玄武岩
第一类月岩是月海玄武岩。它富含铁和钛，分布于广阔的月海洼地。它是在39～31亿年前，月球内部富铁而贫斜长石的岩石因放射性物质的加热发生部分熔融后而形成的，而不是由于月壳原始分异而形成的原生岩石。
②、苏长岩（非月海玄武岩）——克里普岩
第二类月岩是苏长岩，又叫做非月海玄武岩。它是由富斜长石的岩石经部分熔融而形成的。由于在这种岩石中钾、稀土族元素和磷的含量非常高，所以这类岩石被称为克里普岩。
③、富铝斜岩
第三类月岩是富铝斜岩。它主要由斜长石和辉石组成，是40多亿年前月球岩浆分离作用的产物。月陆（月球高地）表面主要就是由富铝斜长岩构成的。
⑵、月球稀有金属储量比地球多
据探测结果，月球矿产资源极为丰富。月球稀有金属储量比地球多。地球上最常见的17种元素，在月球上比比皆是。以铁为例，仅月面表层5厘米厚的砂土中就含有上亿吨铁，而整个月球表面平均有10米厚的砂土。月球表层的铁不仅异常丰富，而且便于开采和冶炼。因为，月球上的铁主要是氧化铁，只要把氧和铁分开就行了。此外，科学家已研究出利用月球土壤和岩石制造水泥和玻璃的办法。在月球表层铝的含量也十分丰富。
月球表面分布着22个主要的月海，其中。除了东海、莫斯科海和智海位于月球背面（背向地球的一面）以外，其他19个月海都分布在月球正面（面向地球的一面）。在这些月海中，分布有大量的月海玄武岩。在22个月海中，玄武岩体积约为1010立方千米。而且，月海玄武岩中蕴藏着丰富的钛、铁等资源。这些丰富的钛铁矿是未来月球可供开发利用的最重要的矿产资源之一。
克里普岩是月球高地三大岩石类型之一。它因富含钾、稀土元素和磷而得名。克里普岩在月球上分布很广泛。富含钍和铀元素的风暴洋区的克里普岩被后期月海玄武岩所覆盖，并与克里普岩混合而形成高钍和铀的物质，其厚度估计有10～20千米。在风暴洋区克里普岩中的稀土元素总资源量约为225～450亿吨。克里普岩中蕴藏的丰富的钍、铀也是未来人类开发利用月球资源的重要矿产资源之一。
⑶、月球岩矿中的氦-3可作为核能原料
自然界中的氦有氦-4和氦-3两种同位素。氦-4的原子核中有2个质子和2个中子；氦-3的原子核中只有2个质子和1个中子。地球上的氦-3十分稀缺。在整个地球大气中，氦只占0.0005%；而氦-3又只占这些氦中的0.00014%，其余的99.99986%都是氦-4。即使把地球大气中的氦-3全部分离出来，也只有仅仅4000吨。
在月球上的情况却大不相同。整个月面都覆盖着一层由岩石碎屑、粉末、角砾、撞击熔融玻璃等构成的成分复杂、结构松散的混合物月壤。由于月球上没有全球性的“偶极磁场”的保护，因而含有氦、氖、氩、氪等稀有气体离子的太阳风可以长驱直入，源源不断地直接射到月面，从而使月壤中含有丰富的氦-3。据悉，月球土壤中氦-3的含量估计为71.5万吨。从月球土壤中每提取1吨氦-3，可得到6300吨氢、70吨氮和1600吨碳。
科学家普遍认为，利用氘和氦-3进行的氦聚变可作为核电站的能源。这种核聚变不产生中子，安全无污染，是容易控制的核聚变。它不仅可用于地面核电站，而且特别适合宇宙航行。从目前分析来看，由于月球的氦-3蕴藏量大，对于未来能源比较紧缺的地球来说，无疑是雪中送炭。许多航天大国已将获取氦-3作为开发月球的重要目标之一。
此外，月球还蕴藏有丰富的铬、镍、钠、镁、硅、铜等金属矿产资源。它们将为人类社会可持续发展作出贡献。作为距离地球最近天体的月球，首当其冲的成为解决地球能源危机的理想后备基地。如今航天事业正日益蓬勃发展，估计在不久的将来，人类开发利用月球资源的梦想将会实现。
12、“嫦娥四号”发现的月球资源归谁？
据报道（20190109），中国“玉兔2号”的车轮刚刚碾过月球的土壤，美国的朋友圈就不淡定了。目前，世界上已经有美国、苏联（俄罗斯）、欧洲、中国、日本、印度等国家开展过探月行动。月球上发现了哪些重要的资源？这些资源是谁先发现就归谁吗？
⑴、月球蕴藏巨量资源
根据“嫦娥之父”欧阳自远院士的学术论文，在月海的玄武岩中含有钛铁矿，二氧化钛总资源量超过70万亿吨。按照现行钛白粉价格（15000元/吨），价值达105万万亿元，相当于中国2017年GDP的1万多倍。此外，钛铁矿还是月球基地生产水和火箭燃料的主要原料。
在月球的克里普岩中，蕴藏有巨量的铀、钍、钾、磷和稀土元素资源。
月球土壤长期受到太阳风的照射，使其蕴藏有极其丰富的氢、氦、氧、氮等气体资源。其中，氦-3的资源量大于100万吨。它是一种可供人类长期使用的、安全、清洁、高效的核聚变发电燃料。地球上氦-3的探明储量只有500公斤，而月球上的氦-3所能提供的能源，足够地球人类使用1万年。
⑵、联合国约定太空资源不得据为己有
人类探月始于20世纪50年代。到1966年，美苏太空竞赛如火如荼。大国之间为了互相约束在外太空装备核武器等行为，避免造成人类毁灭的后果，在联合国签订了《外层空间条约》（以下简称《条约》）。《条约》没有设定到期时间，说明该《条约》是无限期有效的。到1990年1月，已有93个国家加入该《条约》。这份文件被认为是太空宪法，它规定了世界各国在从事航天活动时应该遵守的10项基本原则。其中，第一个原则就是不得据为己有原则——“不得对外层空间提出主权、据为己有”。后来，美国“退圈”，《条约》形同虚设。而且，这10项基本原则是个宽泛的框架，具体落实要看各国是如何解读和选择的。比如，按照《条约》规定，无论谁第一个登上月球，都不能将月球据为己有。然而，1969年，美国航天员阿姆斯特朗登陆月球以后，虽然说月球是属于全人类的，但是却插上了美国自己国家的国旗。
不仅如此，该《条约》的10项原则已经跟不上航天技术的发展。比如，世界很多私营航天公司准备开启小行星采矿业务。这就相当于把外层空间的资源据为己有。而科技领先的美国当然是这个领域的先驱，2015年美国就通过了《美国商业太空发射竞争法案》（TheU.S.CommercialSpaceLaunchCompetitivenessAct），批准私企开采太空资源和进行商业用途。
总之，尽管至今为止还没有在月球采矿牟利的先例，但是美国早已为太空采矿业务大开方便之门。中国必须加快发展太空科技，才能赢得和增加对太空资源的话语权。
13、地球比较稀缺的月球资源
据报道（20181106），由于月球是离地球最近的天体，因此地球上有的元素在月球上都能找到。但是，月球上的有些元素在地球上却找不到。可以说，月球是人类的一个巨大的资源宝库，为解决地球能源危机提供了保障。月球上主要有铀、钍、钾、氧、硅、镁、铁、钛、钙、铝、氢以及其他元素。地球比较稀缺的月球资源，大体上可以分为以下五个大类。
⑴、民用金属铁
月球上的元素基本都包含在岩石中。月球的岩石可分为三种；富含铁钛的玄武岩，富含稀土、钾及磷的斜长石，以及由岩屑颗粒组成的角砾岩。其中，铁的含量是相当地惊人。仅仅在月球表面5厘米厚的沙土中，就含有上亿吨的铁；而月球的平均沙土厚度为10米，可见月球上的铁储量大得惊人。而且，铁又是在民用金属中用得最广泛的金属，因此地球上的铁算是比较稀缺的。
⑵、军用金属钛
在月球上月海的玄武岩中蕴含有大量的钛、铁资源。其中，玄武岩的钛铁矿含量约为8%，二氧化钛约为4.2%；月海玄武岩中钛铁矿的总储量约为1.6x1015吨。虽然这些数据都是估测出来的，但是实际的数量必定是非常大的。由于钛的性质比较特殊，因而在军事上可以用来制造各种武器设备，比如制造坦克、飞机等。
⑶、核能原料钍、铀、氦-3
其中，钍和铀是核裂变的原料，在月球的风爆洋区的克里普岩中含有铀物质；其岩石厚度约有10～20千米，可见其铀的储量是很大的。在月球的土壤中有丰富的氦-3。利用氘和氦-3进行的氦聚变，使氦-3成为核电站的主要原料。由于这种核聚变不产生中子，因而是一种无污染的可控核聚变。在宇宙飞船中可以采用这种方式生产核能，从而为星际航行提供动力保障。
⑷、最珍贵的稀土金属
稀土金属在地球上一直是比较稀缺的。在电子领域，稀土是不可或缺的。月球的稀土金属总量约为225～450亿吨。这么大的储量，够人类使用几百年。
开发利用月球资源已成为发达国家的主要任务。因为，谁的科技越发达，谁就能最早得到这些资源。除了以上几种资源以外，月球上还有铬、镍、钠、铜等金属矿产资源。
14、从月球运回大量资源会影响地月运行吗？
当然，这要看这个“大量”是多少，大量资源是怎样的大量，是运走月球质量的1/2还是1/4？这个大量实在无法衡量。
大家知道，月球的质量有7.349×1022公斤，算出来就是7349亿亿吨重。如果仅仅从月球上搬走1亿吨的话，那么这也才占月球重量的7349亿分之一。这对月球运行的影响是不大的。
但是，人类搬走月球1亿吨的物质所需付出的代价是无法估量的。航天飞机运送1公斤物质到空间站的成本是2.2万美金。这还只是送到400公里高度太空站的成本。
而且，地球到月球的距离是38万多公里。即使用距离叠加的成本来计算，每公斤运送成本也将增大到1000倍，也就是每公斤运送成本将需要2200万美元，而1吨的运送成本就是220亿美元。
2017年，中国全国GDP为82.71万亿元。按现汇1美元等于6.8161人民币计算，折合成美元就是12.13万亿美元。这也就是说，中国人民一年到头的血汗钱只能运回月球上物质551吨；这些血汗钱还没有剔除吃喝拉撒的费用。
中国2017年的财政总收入才17.25万亿人民币，折合成美元就是2.53万亿美元。这也就是说，中国全国一年的收入才只能运回月球物质115吨。
当然，也许有人会说，帐不是这么个算法，真正的成本不一定要这么多。然而，这个成本有多种算法，但是都不会低。
据报道，美国宇航员搭乘俄罗斯联盟号上太空站，票价己涨到8100万美元/人/次。美国准备采用自己波音公司的飞船，报价也达到5800万美元/人/次。大家算算，每公斤要花费多少钱？
有人计算，中国嫦娥一号耗资超过14亿人民币。如果前期开发成本不计的话，那么发射一次成本约位2亿。嫦娥一号自重约为2350公斤，如果加上前期成本，那么每公斤单程运费需要68万元人民币。但是，这个算法并没有计算返程费用，而且如果带月球物质回来还要增加费用，成本同样不可小觑。
所以，不管怎么算，费用都是巨大的。上面用了这么多的篇幅计算成本，旨在从另一个角度回答这个问题，就是人类在较短的时间内是无法运送过多的月球物质回地球的。
2019年12月19日编写于重庆
2020年1月18日修改于重庆
2022年4月5日修改于重庆
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