如何快速地在月球上建一座城市
2018-12-08
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。
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。
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。
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