目前，已知月球上有100多種礦物，其中有5種是地球上沒有的。月球資源有月球環(huán)境和月表資源兩種，前者包括太陽輻射、真空和低重力，后者包括水冰、氧、氦3、氫、金屬、非金屬、月壤等，其中氦3最受重視。這種在地球上很難得到的物質(zhì)是清潔、安全和高效的核聚變發(fā)電燃料，可提供便宜、無毒和無放射性的能源，被科學(xué)家稱作“完美能源”。

月球上之所以富含氦3是由于氦3大量存在于太陽風(fēng)中，而月球沒有磁場和大氣，所以太陽風(fēng)粒子能直達(dá)月面。

目前，地球上核電站所采用的核裂變生產(chǎn)方式危險性很大，如果用核聚變反應(yīng)來生產(chǎn)能源，不僅其單位質(zhì)量產(chǎn)生的能量是裂變能的幾百倍，而且產(chǎn)生的放射性危險只有裂變過程的萬分之一，而氦3又是核聚變?nèi)剂系淖罴堰x擇，所以開發(fā)利用月壤中的氦3將是解決人類能源危機(jī)的極具潛力的途徑之一。

有專家估計到2050年，地球上的能源有可能枯竭，到那時可以開發(fā)和利用月壤中的氦3作為人類的替代能源。月球蘊(yùn)藏的氦3約為100萬～500萬噸。由于100噸的核燃料氦3就可以滿足地球上1整年的能源需求，所以即使月球蘊(yùn)藏的氦3只有100萬噸，也足可滿足全球1萬年的電力需要。

另外，氦3也可用于未來的載人火星飛船。從月球土壤中每提取1噸氦3，可得到6300噸氫、70噸氮和1600噸碳。其中的氫可以作火箭燃料，同時氫如與氧結(jié)合，也能制成非常有用的水。

多次探月表明，月球兩極可能存有1100萬～3.3億噸的水冰，它們不僅可以滿足人在月球上生存的需要，如果將水分解成氧和氫，還能成為載人登月飛船或火星飛船的發(fā)動機(jī)燃料，并借助低引力，成為低成本前往其他星球的前哨基地。

在月球上建基地，可以開采月球土壤中豐富的鋁、鐵、硅直接生產(chǎn)建材來建造房屋,也能采用3D打印技術(shù)就地取材打印月球村?？砂l(fā)射3D打印機(jī)器人登陸月球，先由機(jī)器人清掃和搜集月球表面的塵土，作為基地建材，再通過3D打印技術(shù)打造圓頂小屋供人居住。這種小房屋最多可供4個人居住。利用月球塵土建造小屋好處多多，能節(jié)省成本，不必耗巨資把已蓋好的小屋運(yùn)上月球；此外，月球塵土能抵抗月球的極端溫差和太陽照射，讓人類朝久居月球的夢想更前進(jìn)一步。

為了解決運(yùn)輸問題，降低成本，也可直接在月球上建造核電站，電站發(fā)出的巨大電力除供月球基地使用外，還將通過激光或微波輸送到位于近地軌道上的能量中繼衛(wèi)星，再由中繼衛(wèi)星仍以激光或微波形式傳送給地球。另外，在月球上建核電站也用不著擔(dān)心核泄漏等。在月球上還可建太陽能基地，因為月球表面幾乎沒有大氣，太陽輻射可以長驅(qū)直入，而且很容易滿足用目前的光電技術(shù)進(jìn)行太陽能發(fā)電需要占用大片光照充足的土地的要求，因為月球上有充足的土地。

第一階段是準(zhǔn)備階段。其主要工作是為月球基地選址和完成月球基地建設(shè)的前期準(zhǔn)備工作。此階段由月球探測器和機(jī)器人來完成，發(fā)射月球探測器和將機(jī)器人送到月面上，負(fù)責(zé)月面的地質(zhì)勘探和測繪，重點(diǎn)是在月球兩極尋找水冰。

第二階段是初級基地建設(shè)階段。將航天員和基地的建造設(shè)備送上月球，然后將設(shè)備組裝起來。登月航天員大約為6人，將在月球上停留2周，主要完成基地的初期建設(shè)任務(wù)。如果是建固定基地，航天員要將居住艙組裝起來，并要保證生命保障系統(tǒng)能正常運(yùn)行，這樣可以給航天員一個比較舒適的生活環(huán)境。在居住艙組裝完成后，緊接著要將月面制氧車間組裝起來，以便給生命保障系統(tǒng)提供氧氣，同時還可為飛船返回地球提供燃料。

圖2  用自動貨運(yùn)航天器運(yùn)送的部件組裝成的月球居住地。中間為生活艙，后面為后勤艙，前面是氣閘艙，一位航天員剛從氣閘艙出來。兩輛增壓月球車與生活艙對接，提供航天員生活和工作場所，旁邊是一輛由太陽能提供電力的月球車。

第三階段是發(fā)展階段。它是把初級月球基地發(fā)展為中高級月球基地的階段。此階段基地成員將從6人擴(kuò)大到12人，他們將在基地停留3個月到半年。在此階段，基地的居住艙也將從2～3個發(fā)展為5～7個。

建造月球基地的一種新途徑是與民營企業(yè)合作，這樣所需成本較低，建造月球基地周期較短，并有可能為未來登陸火星奠定經(jīng)濟(jì)可行的探測模式。在月球兩極建立商業(yè)基地后，可將水冰轉(zhuǎn)化成推進(jìn)劑向美國航空航天局或其他用戶出售。亦可轉(zhuǎn)化成氧氣，減低人類在月球定居時的成本。

研究表明，利用商業(yè)合作關(guān)系，人類能以逐步漸進(jìn)的方式重返月球，這在技術(shù)上是可行的。為在月球上建立一個永久的人類基地，可采用另一種“三部曲”方法。首先，短期“分批次”派人在月球赤道地區(qū)著陸，而機(jī)器人航天員將在月球兩極搜尋最有可能存在水冰的地點(diǎn)，這些任務(wù)可主要依靠現(xiàn)有或正在研發(fā)的運(yùn)載火箭和航天器來執(zhí)行；其次，中期“分批次”派人前往月球兩極，測試提取冰并將冰轉(zhuǎn)化為液氫和液氧推進(jìn)劑的技術(shù)；最終，創(chuàng)建容納4人的永久基地，監(jiān)管每年生產(chǎn)200噸的推進(jìn)劑。

首先，要在發(fā)射月球自動探測器的基礎(chǔ)上發(fā)射月球多用途基地艙，建立月球基地前哨站，探測月面和次月面；用月面飛行器探測前哨站的周圍環(huán)境；用各種小型觀測臺觀測地球和其他星球；用小型試驗裝置從月壤中提取水、氧等；試驗月球資源開發(fā)技術(shù)；航天員半年一輪換。

接著是在月球上建由多用途基地艙、專用設(shè)備艙科學(xué)實(shí)驗室、大型觀測臺和月球工廠等組成的半永久性月球基地。它們之間用通道相互連接，能觀測地球、太陽系或更遠(yuǎn)的星系，生產(chǎn)溶液食物、金屬原材料和推進(jìn)劑，組裝、維修和發(fā)射星際飛船；航天員幾年一輪換。

最后，在月球上建造能開采礦產(chǎn)資源，有設(shè)備制造廠、農(nóng)業(yè)工廠、月球港灣、醫(yī)院、學(xué)校、賓館等的永久性月球基地，數(shù)百人可在那里長期生活和工作。

第一步是建設(shè)機(jī)器人基地，以機(jī)器人月球基地為“打前站”。其優(yōu)點(diǎn)是比建真人基地經(jīng)濟(jì)便宜，設(shè)備簡單，風(fēng)險較小，無生命危險。

第二步是建設(shè)可容納6人、逗留6個月的初級基地。它既可以是固定式的，也可以是移動式的。其中移動式月球基地是將基地的居住艙裝上4～6個輪子或機(jī)械腿，最大優(yōu)點(diǎn)是可以讓航天員在月球上的不同地方進(jìn)行調(diào)研和考察，并且可以根據(jù)外界情況隨時更換位置，比固定式基地安全。

第三步是建設(shè)可容納24人的中級月球基地。它由3個埋在月球的地下且對接在一起的空間站艙組成，上面蓋有1.5～2.0米厚的土壤，目的是防止宇宙輻射傷害人體，同時還有利于保持艙內(nèi)的溫度。其研制時間為1年，壽命10年。

第四步是建設(shè)能容納120人的高級月球基地。它可建在月球的熔洞內(nèi)，也能用由月球巖石加工、混合而成的鋼筋混凝土建在地下。從地球到月球軌道的運(yùn)輸使用可多次使用的重型航天運(yùn)輸系統(tǒng)，從月球軌道到月面的運(yùn)輸用月球客車。其研制時間為5年，壽命30年。

第五步是建設(shè)能容納250人的月球工廠。除開采月球礦物以外，月球工廠還要負(fù)責(zé)生產(chǎn)一些重型設(shè)備。這些設(shè)備除供應(yīng)月球移民區(qū)的建設(shè)外，還供應(yīng)太陽系其他行星和天體的開發(fā)之用。其使用壽命30年。

與其他載人航天器一樣,月球基地必須包括2個最基本、也是最重要的設(shè)施，那就是可供航天員生活和工作的加壓居住艙和生命保障系統(tǒng)。因為人在登月的全過程中會面臨失壓、缺氧、低溫和輻射損傷4大危險。所以，月球基地也像載人飛船、航天飛機(jī)和空間站等一樣，必須有加壓居住艙和生命保障系統(tǒng)。

在月球基地的不同發(fā)展階段可以建不同的居住艙。初級基地的居住艙可用移動式居住艙，也能直接使用登月飛船上的月球著陸器，后者設(shè)備簡陋，可供航天員在里面臨時生活和工作30天；前者可用于初級基地和中級月球基地。高級基地一般采用由金屬結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)制成的固定式居住艙，其中前者為類似于空間站的圓筒形艙段，但為了防止宇宙輻射對基地乘員的傷害，這兩種固定式居住艙都必須埋在地下或是建成半地下。

月球基地上所使用的生命保障系統(tǒng)也隨基地不同而不同。初級基地的生命保障系統(tǒng)是非再生式的，即其上的氧氣、水和食物要依靠來自地球的補(bǔ)充供應(yīng)。此后建造的基地的生命保障系統(tǒng)是再生式的，即其上的氧氣、水或食物都要靠密閉循環(huán)處理和綠色植物的光合作用來就地解決。

除了加壓居住艙和生命保障系統(tǒng)外，供電系統(tǒng)、出艙活動系統(tǒng)和月球漫游車也是月球基地上必不可少的重要設(shè)施。

一是居住系統(tǒng)。它包括月球工棚、生命保障系統(tǒng)和出艙活動系統(tǒng)。居住系統(tǒng)應(yīng)能提供40名月球工作人員的居住和生活。月球工棚采用固定式硬結(jié)構(gòu)，可以是金屬結(jié)構(gòu)，也可以是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。生命保障系統(tǒng)是混合式的，即一種非再生式與再生式相結(jié)合的系統(tǒng)，因為基地的食物大部分還是靠地球供應(yīng)，另外基地利用綠色植物的光合作用，生產(chǎn)新鮮的蔬菜和水果，同時還可生產(chǎn)氧氣和飲用水，并清除二氧化碳和回收處理廢物。

圖4  專家設(shè)想的采用臌脹結(jié)構(gòu)構(gòu)成的月球基地居住場所、太陽電池陣（平鋪在月面）、輻射防護(hù)屏、連接隧道、6個輪子的月球車和其他設(shè)施。

三是電力供應(yīng)。為了保證月球建材基地的正常生產(chǎn)，必須提供充足的電力，主要有兩條途徑：一是太陽能電站；二是核電站。月球基地上的電力供應(yīng)是太陽能電站和核電站并重。因為在月球上，白天可由太陽能電站供電，夜晚只能由核電站供電。

為了減少運(yùn)輸費(fèi)用，可把生產(chǎn)太陽電池的設(shè)備送上月球，然后利用月球上已有的大量鋁和硅就地取材生產(chǎn)太陽電池，從而建立太陽能電站。

太陽電池生產(chǎn)設(shè)備的用電由小型太空核電站提供，這種使用氦3作為燃料的小型太空核電站重約3噸，能生產(chǎn)100千瓦的電能，可以不間斷工作幾十年。由于氦3也是就地取材，因此發(fā)電成本將大大下降。

太空城建材的生產(chǎn)流程是：月球開礦和選礦；月球礦石發(fā)射；月球礦石接收；太空冶煉、加工和制造；運(yùn)送到太空城建筑工地。

圖5 月球基地的建設(shè)者。