问题研究 月球基地应该是什么样子 实用教学课件2020-2021学年人教版高中地理必修一

宇宙探秘 —月球基地应该是什么样子？ 嫦娥奔月的传说 “阿波罗号”飞船登月 “阿波罗”号飞船带回来的月岩 美国宇航局（NASA）设想研制移动式月球基地 目前，位于加州的NASA研究中心已成功研究出一种移动式月球基地的设计计划。NASA研究员指出，移动式月球基地具有一系列优点，其中一个主要优点是，移动式月球基地不会拴死在月球表面一个具体点上，借助于移动式月球基地将可以进行更广泛的研究。 移动式月球基地可以协同工作，连接成特殊的"列车"，然后再分散进入各自的研究区域。不过，研究月球移动式基地的设想暂时还处于起始阶段，到真正实施时也许会与现在讨论的方案完全不同。 中国“嫦娥一号”探月卫星 月球概况 月球的质量只有地球质量的1/81，体积只有地球体积的1/49，表面引力只有地球的1/6。加上月球表面温度变化剧烈，月球表面的气体分子和水分子很容易逃逸到宇宙空间。所以，月球表面没有空气和液态水，近乎真空。月球表面覆盖着一层厚约10厘米，像沙砾一样的物质，下面是岩石。1998年1月6日，美国发射的“月球勘探者”号宇宙飞船，发现在月球的北极和南极有冰，最多可能达到100亿吨。 月面上山脉、高原、平原、低地都有分布，最显著的特征是坑穴星罗棋布，直径大于1000米的环形山（又称月坑），在月球正面就33000多个。这些环形山大体上都是宇宙物体冲击月面和火山活动的产物。 月球资源 月岩中含有大量硅酸盐，可供建造各类建筑。月球上有很多矿藏，如铁、钛、铝矿以及地球上缺乏的其他矿藏。人类可以将这些矿藏开采、冶炼，用来制造各种设备，供月球基地使用。由于没有大气的削弱作用，月球上可建立高效率的大型太阳能发电站，为各类开发活动提供充足的能源。 月球 月球表面 资料分析 1、月球上有哪些满足人类生存的基本条件？ 月球上有冰、矿产资源、建筑用岩石、 丰富的太阳能资源等满足人类生存的基本条件 2、如果想在月球上生活，人类还需要创造哪些生存条件？ 适宜的温度和水分条件、满足人类生命活动所需要的氧气、避免宇宙射线伤害的环境条件、能产生食物的生态系统等。 3、月球上具有哪些人类可以利用的资源？ ①大量硅酸盐，可作建筑材料；②丰富的铁、钛、铝矿以及地球上缺乏的矿产；③月球土壤中特有的3He资源，可作为核聚变燃料；④宇宙空间资源（真空和低重力）；⑤丰富的太阳能资源；⑥月球北极和南极的冰资源等。 4、哪些资源可用于发展月球基地？ 丰富的矿藏（如铁、钛、铝、硅、3He）；硅酸盐可作建筑材料；丰富的太阳能资源；月球北极和南极的冰资源等。 月球的开发价值 现已初步探知，月球表面的土壤和岩石中有氧、硅、铁、铝、氢等元素，还有放射性元素铀、钍等。 如果在月球上建立一个核电动力加工厂，就可以从月岩中提炼氧供登月人员使用，还可以变成液氧，供航天器作为推进剂。月球土壤中含有的氢，可做火箭燃料，还可以合成水。 　　月球也是解决能源问题的理想之地。在月球上可建立太阳能电池板阵，其发电量相当于一个大型核电站，而且可以克服地球上的太阳能电站所受到的各种限制。月球表层５米厚的土壤内含有上百吨氦３，可以作为核电燃料，所发的电足够地球人使用几万年。至于月球表面１００米以下的地方究竟蕴藏着多少矿产资源，现在还未弄清。 　 除了工业开发，还可以在月球上建造自动化监测站，维系地球文明。 月球还是探索地外文明的理想场所。月球上由于没有空气，进行天文观测要比地球上方便得多。同时由于月球上的引力小，能够制造出较大倍数的望远镜。另外，如今的地球已充满电波杂音，而月球上可以很容易地捕捉到外星人发来的电波信号。 建立月球基地的意义有哪些？ 1、资源利用 2、作为外太空探索的中转站 3、战略意义 生物圈2号是美国建于亚利桑那州图森市以北沙漠中的一座微型人工生态循环系统，因把地球称作生物圈1号而得名。为了尽量贴近自然环境，该圈中的土壤、草皮、海水、淡水均取自外界的不同地理区间，通过一定的人工处 理再利用。例如，实验用的海水是将运进来的海水和淡水按照适当比例配制而成的。 生物圈2号有5个野生生物群落（热带雨林、热带草原、海洋、沼泽、沙漠）和两个人工生物群落（集约农业区和 居住区）。 实验历程 1993年1月，8名科学家进入“生物圈”2号。他们原计划在“生物圈”2号中生活两年，为今后人类登陆其他星球建立居住基地进行探索。 然而，一年以后，“生物圈”2号的生态状况急转直下，氧气含量从21%迅速下降到14%，而二氧化碳和二氧化氮的含量却直线上升；海水开始酸化；很多物种消失，而用来吸收二氧化碳的牵牛花却疯狂生长。由于降雨失控，人造沙漠变成了丛林和草地。科学家们被迫提前撤出这个“伊甸园”。 “生物圈”2号的实验以失败告终。 1、“生物圈2号”和月球基地有哪些相同之处和不同之处？ 相同之处：都是人类建造的全封闭的模拟地球生态环境的装置。 不同之处：“生物圈”2号建立在地球上，而月球基地建立在月球上； “生物圈”2号失败了人还可以回到地球上但月球基地一旦失败，人就不容易回到地球上。 2、我们可以从“生物圈2号”实验中获取哪些经验和教训？ 地理环境各要素之间是相互联系、相互影响的，地球上的生态环境必须保持平衡，人工模拟建筑的生态环境也必须使其内部保持平衡。月球基地其实质就是一个独立的生态系统，必须努力维持其平衡，使各地理要素达到人类居住生存的要求，否则人就不能在里面生存下去。 要建立月球基地，有几点技术难题需要克服： 1.保证能源稳定 2.生产充足食物 3.建立造氧系统 4.开发充足水源 5.克服过量辐射 6.适应微重环境 1.保证能源稳定 计算表明，每年到达月球范围内的太阳光辐射能量大约为12万亿千瓦，相当于目前地球上一年消耗的各种能源所产生的总能量的2.5万倍。假设在月球上使用目前光电转化率为20％的太阳能发电装置，采用1000平方米的电池，则每小时可产生2700千瓦时的电能。 由于月球自转周期恰好与其绕地球公转周期的时间相等，所以月球的白天是14天半，晚上也是14天半，一天相当于地球一个月的长度，这样它就可以获得更多的太阳能。科学家认为，如果在月球表面建立全球性的并联式太阳能发电厂，就可以获得极其丰富而稳定的太阳能，这不但解决了未来月球基地的能源供应问题，而且随着人类空间转换装置技术和地面接收技术的发展与完善，还可以用微波传输太阳能，为地球提供源源不断的能源。 2.生产充足食物 近几年来，科学家在太空站上进行了大量的生物实验，先后培育出了100多种“太空植物”，其中包括小麦、玉米、大豆、西红柿、萝卜、卷心菜等。而且证明在太空失重条件下，在月球土壤中植物种子发芽率更高，生长更快。科学家还对一些动物进行了试验，证明失重状态不会影响新生命的诞生。在太空站里，果蝇能像在地球上一样交配、产卵、繁殖后代；蜜蜂会筑巢，蜂王照样生儿育女。送上飞船的60只鹌鹑蛋，返回地面后仍能孵化出小鹌鹑。在飞船上搁置了59天的鱼卵，回到地面全都顺利地孵出了鱼苗。雌鼠、雄鼠放在笼子里送上太空，照样合欢同居，雌鼠照样受孕怀胎，回到地面后产下了第一代“太空鼠”。因而只要在月球上建立起月球农业和养殖业基地，月球上人的食物来源是有充分保障的。 3.建立造氧系统 4.开发充足水源 科学家发现月球的沙土含有很多的氧，他们便提出了用月球沙土制造淡水和氧气的设想。这一设想是先用铲车自动挖掘月面的沙土，从中选出含氧的铁矿物，然后用氢使含氧铁矿物还原，便可制得淡水了。有了水，通电使水电解，得到的是氧气和氢气。氧气经液化贮存，随时可向基地居民供应。最初用作还原剂的氢可以从地球上运来，生产开始后电解水获得的氢即可循环使用。据估计，190吨月球沙土含有15～16吨含氧铁矿物，可制得1吨氧气。而1年只需要生产1吨氧便可维持月球上10人生存的需要。 5.克服过量辐射 月面上是真空环境，有强烈的宇宙辐射，在设计居住舱的时候要保证它的气密性，不能漏气。在地球上，因为有大气层和地磁场的防护作用，人们一般不会受到宇宙线的照射。但是月面没有大气层和地磁场，因此航天员在月面上活动很容易受到宇宙线的照射。月球上的宇宙线主要是太阳宇宙线、银河宇宙线和太阳风。防宇宙线的办法主要是用各种各样的防辐射屏蔽。溶洞是天然的防辐射屏蔽，如果把居住舱建在溶洞内，对于防宇宙射线是一种比较有效的措施和办法。 6.适应微重环境 日本大林建筑公司已经设计出在月球上建设城市的方案：利用分布在月球表面的火山口建造宇宙住宅，它们好象一个个金色的小圆球，簇拥着一幢向前延伸的巨型旅馆的螺旋形大厦，总共可容纳大约10万人住在里面舒适地生活。月球城内将划分为生活区、工业区、农业，里面也有地球上的山脉、河流、森林等不同环，上面还将有各种生物，使原来沉寂凄凉的广寒宫充满生机。奇妙的是，这个月球城每隔一两分钟自转一周，使生活区中产生与地球上一样的重力这样。据科家说，这座令人神往的月球城可以指望它在2050年建成。 美国月球基地蓝图 美国的这一月球基地蓝图，占地8000平方米，是一座圆形3层建筑物，直径64米，每层高4.5米。屋顶由混凝土建造，再覆以月球土，厚0.7～2.5米。墙壁分内外两部分，外墙6层，厚1.4米，内墙厚2.5米，内外墙中间夹0.7米厚的月球土，主要用于防宇宙射线、太阳风，以及陨石的撞击。另外建筑物中间还有一个圆形防空洞，一旦建筑物受损，大气外泄，人可以躲入其中避难。 美国月球基地蓝图 日本月球科研基地概念图 预定到2025年，日本建成可供人停留的国际月球基地。日本2006年预定发射探月卫星，以探月卫星有关数据为基础，确保在利用月球资源方面优势的同时，积累宇宙空间站经验，确立日本自己的载人航天技术。 移动式月球基地 目前，位于加州的NASA埃姆斯研究中心已成功研究出一种移动式月球基地的设计计划。 移动式月球基地具有一系列优点，其中一个主要优点是，移动式月球基地不会拴死在月球表面一个具体点上，借助于移动式月球基地将可以进行更广泛的研究，同时建造移动式月球基地的费用也不会太高。 这是我们的梦想 相信在不久的将 来我们的梦想会实现…… 感谢听课老师的指导！ 感谢高一（11）班的 全体同学！ 俄罗斯：要建造月球基地 早在2002年，俄罗斯航空航天局领导人就曾宣布，俄罗斯在一系列月球项目方面积累了丰富经验。许多专家也多次强调，俄罗斯可在近期实现月球飞行。 在美国公布重返月球计划后，俄罗斯航空航天局副局长莫伊谢耶夫22日宣布，俄罗斯将会在2020～2025年间在月球上建成一个自动化基地。莫伊谢耶夫当天在华盛顿参加美国航空航天局组织的国际空间站项目问题研讨会上宣布，俄罗斯不排除近期在月球建设基地的可能性。 莫伊谢耶夫还告知其他国家的官员关于俄罗斯国际空间站的计划，包括旨在探索太阳系的先进研究，以及自动化航天器的应用。 欧洲版 “嫦娥工程”： "SMART－1号"月球探测器于2003年9月发射升空，欧洲航天局表示，此次"SMART－1号"主要探测活动之一，是详细考察月球上一座名为"恒久光明之巅"的山峰。这座月球山峰山顶上由于能常年沐浴到太阳光照射，其温度在适宜人类活动的－20 ℃左右，是人类建造月球基地的理想位置。同时由于其常年能接受到太阳能辐射，可以满足宇航员工作生活上对能源供给的要求，据初步估计在其附近环形山地带也许还有大量可供使用的水存在。 作为"SMART－1号"探测器上X射线分光设备的主要负责人，来自英国曼纽尔·格蓝迪博士称："月球上的南极地区很可能是建立人类月球基地的理想选址地区。" 生物圈2号 大量证据表明，火星土壤和月球表土经过一定的生物和化学技术处理后可以用作潜在的植物栽培基质。但是到目前为止，在生物再生式生命保障系统中很少有以土壤为基础的技术实验。生物圈2号是第一个建成并运作的以土壤为基础的生物再生式生命保障系统。因此，有关其操 作性能的数据对应用于空间的类似系统是非常有用的。 生物圈2号无论从 规模、技术难度和复 杂程度，以及所取得 的效果来看，均堪称 人类科学史上的一大 杰作，受到国际上的 普遍关注与赞赏。 月球表面的情况 月球表面有一层几米至数十米厚的月球土壤。整个月球可以 公里）和月球核（1600～1738公里）组成。月球岩石圈又可进一步分为四层，即月壳（0～60公里）、上月幔（60～300公里）、中月幔（300～800公里）和月震带（800 ～ 1000公里）。软流圈又称为下月幔。在月壳的10公里、25公里和60公里深处，均存在月震波速的急剧变化，表明在这些深度处存在显著的不连续性。月球表面至25公里深处为玄武岩组成的月壳第一层次，25公里～60公里之间为月壳的第二层，由辉长岩和钙长岩组成。上月幔由富镁的橄榄石组成，中月幔和下月幔由基性岩组成。月球震源的位置位于600～1000公里的深度之间，平均月球震源深度为800公里。由于月球表面岩石的密度并不比整个月球的平均密度小很多，因此，可以认为月球核不会是较重的铁镍等元素组成，它可能呈塑性或部分熔融状。在月球1000公里深处，月幔温度不会高于1000°C。根据对月球内部状况的了解，固体部分圈层结构并不是地球本身所特有的。 建月球基地面临的难题 　难题一：抵达目的地。 　难题二：辐射问题。 　难题三：适合呼吸的空气。 　难题四：充足的食品。 　难题五：废物循环利用。 　难题六：充足的饮用水。 　难题七：保持实时联系。 　难题八：在微重力下生活。 　难题九：温度的急剧变化。 　难题十：能源需求。 月球基地计划 ９０年代初，美国休斯敦航天中心负责人温德尔·门德尔向白宫重提建设月球基地。科学家认为建立一个月球基地对支持在太空进一步大规模的开发是极重要的。 门德尔计划的第一阶段从１９９７年开始，先发射人造卫星，为基地选择最佳地点作勘测。第二阶段从２００５年开始，为施工阶段，将向月球运送起重挖掘等基建机械，并用微波对地基进行硬化处理。第三阶段为构件组装，采用２１根直径６米，长１８米的巨型管道，组成３个等边六角形，六角形中用高压充气建立１８米高的巨大圆舱，人员设备皆可容纳在管道或圆舱中。第四阶段开采利用月岩中氧、铝、铁、钛、硅等资源，制取生活用氧，及扩建月球基地所需的金属、玻璃等原材料。科学应用国际公司根据门德尔计划第四阶段作了相应的研究，其结果是令人乐观的：一座重量为１吨的小型试验型化工厂，在１年中可把１０吨以上的月岩加工成氧、金属和玻璃。门德尔的整个计划需耗资上千亿美元，人类必须不间断地努力１００年才能完成 $