从被动求生到主动发展：用于可持续月球基地的进化型热能架构

为什么在月球上生活实际上是一个“保温”问题

关于永久月球基地的计划常常聚焦于火箭和居住舱，但最棘手的挑战之一其实是如何保暖。月球没有空气，几乎没有天气，且有为期两周的漫长夜晚，温度骤降到地球表面任何地方都无法比拟。本综述文章提出了一个看似简单的问题：如何让人类、机器和工厂在这些寒冷无日的漫长夜晚中存活下来——不仅是几天，而是数年——并提出一套循序渐进的能源策略以实现这一目标。

月夜与白昼的残酷节律

月表在灼热白昼与将热量直接向深空泄散的极寒夜晚之间摆动。在长达14天的月夜期间，温度可能降至约−180 °C，由于没有空气也没有风来传导温暖。早期任务通过厚重的隔热毯和小型核热源（缓慢释放放射性同位素能量）得以生存。这些系统适用于寿命较短的着陆器和漫游者，其主要目标是让仪器在数周内不至于冻结，而不是维持一个村落的运行。随着航天机构现在旨在构建可长期居住、包含人员、实验室和工业活动的基地，问题从保暖一个手提箱大小的设备演变为为整个地下社区供热。

从短期访问到长期驻留

作者将通往月球基地的路径分为三个阶段。第一阶段是短期任务，优先保证使用成熟工具的简单生存：多层隔热、紧凑型放射性同位素加热器以及在夜间让仪器休眠的巧妙方法。接下来是“初级永久基地”，这是一个小型但持久的前哨，机器人和人类在此开始使用当地材料进行建造，此处的热需求跃升至数十千瓦，远超传统放射性同位素装置经济可提供的范围。最后，在支持工业和连续居住的“未来永久基地”中，夜间热需求可能达到数百千瓦或更多。在这样的规模下，单一方案不足以应对；工程师必须将多种能源来源编织成一个协调的系统。

把月壤变成热能电池

论文的核心构想之一是把月球土壤——风化层（regolith）——作为巨大热能电池来利用。风化层天然松散且是良好绝热体，这使其非常适合掩埋居住舱，但不利于热量传输。实验室研究表明，如果对这种土壤进行压实、掺入添加剂，或利用聚光太阳能或激光将其熔化再凝固，其蓄热与导热性能会显著提升。白天的太阳能可以集中注入这些处理过的月壤罐中，为其“充能”，像石炉一样储热。夜间，则通过管道或热交换器将热量取回，为设备和居住空间供暖。模型显示此类系统可以覆盖小型基地大部分的供热与部分供电需求，但需要在月球真实的真空与低重力环境中进行实测以确认性能。

引入核能与智能屏蔽

对于大型、工业级基地，综述认为核裂变反应堆很可能成为能源供应的中坚。与太阳能不同，核能昼夜可用，能够持续提供兆瓦级的热量和电力。其产生的废热（无法全部转换为电能）可以输送到以风化层为基础的储热系统，将地面本身变为一个持久的热储库。在这个主动核心周围，诸如用数米厚土层掩埋居住舱和在墙体中填充相变材料等被动措施，有助于平滑巨大的温度波动，减少主动系统的负荷。作者强调，这样的多源系统十分复杂，存在多种潜在故障路径，因此必须由智能控制系统监管，以便在需要时切换运行模式并在紧急情况下关断非必要负载。

所有组成部分如何纳入长期规划

为公平比较各方案，论文使用了一套计分卡，权衡技术成熟度、发射质量与成本、供热功率、部署难易度和维护需求。小型放射性同位素发电器在早期轻量任务中得分最高。太阳充电的风化层储热对第一个永久前哨最具吸引力——在那儿，发射质量稀缺且本地材料能承担大量工作。高功率核反应堆虽然更重且更复杂，但一旦工厂、实验室和大型居住区需要全天候能源，它们就成为首选。最终设想中，基地在常态下由所有能源共同协作为科学、工业和舒适供能，并设有一个备用的“生命维持热源”模式，在紧急情况下将有限的能量集中用于生命支持和控制系统。简言之，文章的结论是：可持续的月球基地只有通过其热能系统分阶段成长——从简单耐用的加热器，发展到太阳能、核能和埋地热库的智能混合——并与基地自身共同演化，才有可能实现。

引用: Che, L., Cao, J., Peng, J. et al. From passive survival to active development: an evolutionary thermal energy architecture for sustainable lunar bases. npj Space Explor. 2, 10 (2026). https://doi.org/10.1038/s44453-026-00026-z

关键词: 月球基地, 热能, 原位资源利用, 核能, 太空栖息地