充分利用月球本地的资源，环境，快速建设一座城市。将需要发射到月球上的物资设备量降到最低。
月球的基本数据：
半径：1737公里；
表面积：3793万平方公里，比亚洲小，比非洲大；
赤道周长：10921公里
逃逸速度：2.38公里/秒；10公里高处环绕速度：1.674公里/秒
表面重力加速度：1.62米/秒平方，约地球的六分之一
赤道表面温度：最低-173℃，最高117℃，平均-53℃
表面气压：白天万亿分之一大气压，夜间千万分之一大气压，几乎是绝对真空
表面岩石主要成分：
内部结构：
月壳厚度约50公里（地球方向），背面约65公里。
月幔厚度约1200公里，固态岩质，有较多铁。
部分熔融的外核厚度260公里，固态铁质内核半径240公里。
建筑城市的一般考虑：
月球表面没有空气，宇宙辐射严重，还有小流星的伤害，所以城市应该建在地表以下，或者建一个很厚的穹顶。
考虑发射成本高昂，从地球上发射到月球的物资和材料，最好不要超过1000吨，最多不要超过1万吨。
穹顶的考虑：
对于住人的城市，需要一个大气压左右的空气。穹顶必须能够产生一个大气压的压力（也可以大于一个大气压，这样需要下部结构支撑）。在月球环境中，由于重力只有地球的六分之一，因此需要6倍的重物才能产生足够的压强。月壤密度约3克/立方厘米，333厘米乘以6，等于20米，也就是穹顶的厚度必须超过20米。只要厚度足够，下面也有支撑，不一定非要做成穹顶，可以一直铺开很大面积。由于月球的重力小，对下面支撑能力的要求只有地球的六分之一，换言之，支撑之间的距离可以很大，也就是地下空间可以做得很空旷。
20米以上的土壤，有很好的保温能力，穹顶下面气温几乎不受外面的影响，可以维持在一个舒适的温度。
20米的土壤，也可以把宇宙辐射和微流星挡在外面，很好地保护下面的城市。
如果不使用穹顶结构，而直接挖掘隧道，那么可以更深一些，利用隧道穹顶的支撑。
材料的考虑：
在月球上建设城市使用的材料，当然应该全部利用本地资源，也就是月球的土壤，岩石等。如果需要大量使用金属材料，也应该直接利用月球土壤冶炼。
建筑施工方案：
月球表面土壤固结性很差，需要固结才能变成建筑结构材料。
月球表面水非常少，不可能利用水合作用作为固结方案。简单的方法是直接烧结。由于月球表面是真空，阳光非常好，能量密度高，而且散热条件很差，因为没有空气对流，所以可以直接利用反光板聚焦，将月球土壤融化固结。融化的土壤也可以作为粘接剂，切割大块岩石粘合。
切割采用激光切割。月球表面太阳能发电效率很高，激光只需要用电，没有别的材料消耗。月球表面也没有空气耗散激光，激光器可以远距离工作，切割或加工大范围的材料。
月球重力小，就可以很容易地树立非常大面积的反光板，再加上散热条件差，也就是保温好，可以大面积地融化月球土壤，固结土地，平整地面，或者用模具或3d打印制作建筑构件。融化后的月球土壤岩浆，可以用耐高温金属管道抽送到任何一个地方铸造或3d打印各种结构。既可筑路，也可以盖房子。
由于月球的重力小，大件材料的搬运也很方便。
金属冶炼：
在月球的城市建设中，一定也会用到大量的金属材料。这就需要一种便宜的大规模冶金方案。最简单的方式就是电解，对原材料几乎没有什么要求。因为阳光资源特别丰富，我们可以认为月球表面电力供应充沛。月球土壤的构成主要是各种金属氧化物，融化以后电解，直接得到金属和氧气。氧气开始的时候，只能作为废物排放掉，也可以收集起来，埋在地底，供以后城市生活使用。由于月球表面是真空，没有水分氧气等的侵蚀，所有金属都可以直接使用，包括在地球上无法直接使用的钙、镁等。利用太阳能需要大量使用的硅，也可以电解得到，而且月球上表面的真空条件更适合硅单晶生产。用硅，镁、铝、钙等就可以制作大量太阳能板，保障充足的电能供应。
铝是非常好的反光材料。
钠的熔点很低，由于没有氧化的危险，可以作为冷却剂使用。
地下城市建设：
有了充足的电力供应，金属材料供应，建筑材料供应，就可以大规模建设地下城市了。无论是采用穹顶建设的模式，还是隧道掘进的模式，在月球上施工都比地球上简单的多。首先大件材料运输容易得多，丰富的熔融岩浆是万能材料，在城市建成投入运营之前，完全没有空气污染，噪音污染的问题。由于没有地下水，隧道掘进没有地球上施工最讨厌的透水问题，废渣搬运也特别快，特别方便，也可以直接融化成岩浆使用。重力小，对支护的要求低，石头往下掉，都掉得非常慢。融化的岩浆也可以直接涂在隧道表面作为支护。最大的问题是散热，可以使用热管，将热量带到外面去。
………………………………………………………………………………………………………………………………
昼夜时间过长问题：
1、城市建在地下。地下可以维持气压和温度，保温非常好，无论外面太热还是太冷，地下温度基本不变。这时候，能源需要远距离供应，可以建设月球全球能源互联网，也可以在月球轨道上建几个空间太阳能电站，用微波将电能传回月表。
2、可以在轨道上建几个大型反光板，轮流将阳光反射到城市的太阳能电站上，维持城市正常运行。
3、月球轨道倾角很小，几乎没有季节变化，北极地区有几个地方常年都能被太阳照射到，只需要让太阳能板不断转向太阳的方向就行，不需要考虑昼夜变化。在刚开始，各种基础设施还不完善的条件下，这几个地方应该作为优先殖民地点考虑。这里不仅太阳永不落山，还有水。与地球的通讯也不会因昼夜变化中断。
4、月球自转很慢，速度最大的赤道位置也只有4.6米每秒（16公里每小时），只有地球的百分之一强。如果只是月面空间站，不太大，由于月球重力很小，完全可以让整个空间站平行纬度方向跟着太阳运动，永远都呆在白天，保证能源供应和合适的温度。当然，与地球的通讯，在转到月球背面时需要轨道通讯站中继。未来保证移动的速度，可能需要修好路，或者轨道。月球白天的时间非常长，有半个月，所以速度不均匀，或者稍微拖后几天都没有关系，只要后面赶上就行。如果移动能力稍微大一点，比如达到30公里每小时，就可以在月球表面非常自由地移动。月球重力小，没有空气阻力，移动需要消耗的能量很少，所以即使60到100公里每小时也是很容易的。这样，可以像地球上的游牧部落一样，在一个地方工作几天，然后追着太阳走一两天，就跟传说中的夸父追日一样。
5、表面殖民点可以带所有的附属设施，如发电站，研究设施，一起组团移动，保持在月球的白天位置。
………………………………………………………………………………………………………………………………
电力系统的问题：
建造电力系统的主要原材料都来自月球本地。
月球土壤的成分主要是各种氧化物。除氧之外，最多是元素是硅，其次是铝、钙、铁、镁、钛等。
月壤在太阳能聚焦板加热下熔融，然后电解。电解出来的氧气可以收集起来注入地下，供以后使用。
熔融电解的时候，最早析出的是硅，其次是钛和铁，然后是铝。后面的钙镁钠等不一定需要电解出来，留着做玻璃就行。
硅是太阳能发电板和变压换流器晶闸管的主要原料，用量很大，资源量也很大。
钛可以用来做结构材料。钛的性能很好，在真空环境下采用激光3D打印或者铸造做成各种关键结构材料。
由于缺乏碳，铁的性能不好，可以做成太阳能板背后的散热鳍片。也可以跟别的元素一起做成各种合金。
铝是各种导线的原料。太阳能板，电力输送系统都要用到。铝的资源量也很大。
由于月球上没有风雨，地面干燥不导电。铝制高压输电线可以直接铺在地上。连绝缘都不需要，因为没有动物过来触碰导线。人的活动也肯定穿了宇航服的。只需要注意电线之间的距离。因为没有空气，没有水分，干燥的月壤很难击穿，电线之间的距离都不需要很大。可以适当掩埋，但是并不重要。一定要绝缘的话，可以采用月壤熔融后涂敷。月球上没有软性的材料，也容易被太阳晒坏。由于没有风雨，也不悬挂，因此对导线的没有柔性需求。
裸露的输电网络不会怎么影响以后月球车辆等的活动。有输电线的地方肯定会标记在电子地图上，也很容易直接探测。由于月球重力小，压一两次也没有关系。
由于没有风雨侵蚀，太阳能板硅单晶或者多晶表面不需要保护，可以直接裸露，发电效率更高，也更便于散热。
月球上的电力系统比地球上成本低多了，自动化以后，可以提供极强的能源生产能力，为月球开发和太空探索提供充足的电力。
………………………………………………………………………………………………………………………………
月球上地面交通的基本特点：
1、没有空气阻力，运输设备和货物的外形只受运输系统本身设计尺寸限制，不受空气动力学限制。
2、重力小。小车可以干大活。
3、能耗低。没有空气阻力，重力小导致摩擦也小，运输能耗非常低。只用太阳能板就可以驱动。没有空气，太阳能板可以很尺寸很大，方向任意。
4、不需要加油，不需要停下来充电。
5、由于没有风化和水流、冰川等外营力，月面平整度不高。沿地形修建公路和轨道会有很多上下坡。可以充分利用两端坡度势能，一端冲下来，一端溜上去，多出来的能量可以用飞轮蓄能。因为没有空气阻力，而且重力小，车辆对重量不敏感，重力势能也小。（月球上电池比飞轮贵很多）
6、交通系统与地球现有的交通系统有巨大的差别，不一定需要到每一个位置，基本上不需要转运中心。
运输方式：
1、轨道运输：
轨道运输阻力更小。建设轨道运输的轨道可以用铝，铁，钛等月球表面很丰富的元素。土石建材可以用月壤或月岩融化，切块，粘结。
2、抛射方式：
月球表面非常不平整，如果出现很宽的悬崖，因为重力小，没有空气阻力，可以一端抛射，一端沙坑，回收网，甚至轨道接纳，一次抛射距离可以达到几十到几百公里。没有空气阻力，且月球自转很慢（科里奥利效应弱，其实大一点也没关系），意味着可以精确设计抛射轨迹。这种方式特别适合部分货物（矿物，原材料，建筑材料）的运输。
3、公路运输：
月球表面月尘比较黏乎，会粘在轮子上，也造成地面较软，增加能耗，地形也起伏不平，所以如果采用轮式运输，最好还是有一套公路系统。
公路可以用建城市的办法，直接用大型反光板反射日光，聚焦到地面，将地面融化固结。由于月球自转慢，最快的赤道也就每小时16公里，修路机完全可以赶上太阳，一个月顺月球纬度方向修一条环球公路，先沿纬度修，再以停留、赶路的方式沿经度修。其实也可以修任意方向。
由于月球重力小，公路的承载能力要求比地球低很多，所以容易修筑。
重力小带来的一个问题是车辆的抓地力不够，转弯的时候轮子的摩擦力不够，需要在转弯处倾斜公路。抓地力不够，还会引起加速和减速都比较慢。
公路系统、轨道系统、抛射系统可以混合使用。
4、任意月面运输：
轮式车模式。不能任意地形。
长腿车模式。任意地形，如果带抓勾。
蹦极车。任意地形，就是有点颠。
5、入轨与深空运输：
月球必然是太空开发前哨站，将会承担大量入轨运输任务。
入轨方式最简单的是轨道电磁发射，因为没有空气，入轨速度又低（1.6公里每小时左右）。入轨之后再作各种机动。
轨道上还可以设立巨大的接力加速站，将货物直接发射到深空。加速站以轨道高度作为蓄能的手段。接受深空货物的时候，轨道上升，发射货物的时候，轨道下降。
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自雷奕安科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-268546-1162606.html?mobile=1
收藏
