中国将建月球磁悬浮抛射系统：年运5吨氦3回地球，价值惊人

中国开发出一套世界首创的月面磁悬浮发射系统，震惊了世界！这套系统根本不需要火箭，用一个大转盘就能将返回舱直接发射到月地转移轨道，完全颠覆了航天器发射的传统理念，极大降低了从月球运货回地球的费用，实现了从月球到地球的“特快专递”，就连SpaceX的星舰在成本上也无法与之抗衡。

该系统被称为“月基磁悬浮抛射返回系统”，由上海卫星工程研究所等多家单位研发，近日被《南华早报》等媒体披露后，已经引起了广泛关注。那么这个创新的发射装置是如何工作的，为何能做到比火箭的成本更低呢？这与月球上特殊的环境有关。

探月是世界航天界的热点，我们的科研人员能想到并研制这样的系统，与我国在探月方面的厚积薄发有很大的关系。现在各航天大国都将月球作为追逐的目标，探索和开发月球具有重大的战略意义。除了中国之外，美国正在搞“阿尔忒弥斯”载人登月计划，打算在阿波罗登月50多年之后重返月球，印度、日本也都实施了无人探月，而且还实现了月面软着陆。

而在嫦娥五号和嫦娥六号采样返回任务成功之后，我国在无人探月方面已经稳居世界领先地位，连美国都自叹不如了。其他国家的无人探月目前还只是把航天器送到月球，顶多实现软着陆，但我国还能把在月球背面挖到的样品再送回来，差距已经拉开了。虽然苏联当年实现过采样返回，但以目前各家的技术实力，中国在这方面已经是独一份儿了。

为何大家都对月球这么感兴趣呢？其实说白了，就是“无利不起早”。各个国家费这么大力气搞探月，最主要的目的还是要开发月球上的这类珍贵资源，以供人类未来所需。而这个“月基磁悬浮抛射返回系统”，目的就是要将月球上的资源以最低的成本运回地球。那么月球上都有哪些好东西呢？还真不少！

别的先不说，月球上的铁矿就非常多。月面上的月海主要由玄武岩构成，而这些玄武岩中钛铁矿的含量就高达10%~12%，一些含量高的地区能达到15%，总的钛铁矿储量高达1100万亿～2000万亿吨。铁和钛都是建造太空站和航天器的重要金属原料，有人甚至认为可以直接从月球冶炼矿石，提取出铁和钛，然后直接在月球建造太空飞船。

除了铁和钛之外，月球还有丰富的稀土元素，在极区的永久阴影区可能还蕴藏着大量的水冰，这可是在太空探索中急需的资源。而在月球矿藏中最出名的，无疑就是氦-3。它是未来可控核聚变的理想燃料，能够一劳永逸的解决人类的能源问题。为什么这个氦-3会如此神奇呢？

目前人类能够实现的核聚变是氘氚聚变。氘和氚都是氢的同位素，氘氚聚变之后会形成一个氦原子核和一个中子，同时释放出大量的能量。我们所熟知的氢弹，以及各国研究聚变用的托克马克装置，所能实现的聚变都是氘氚聚变。但这种聚变方式虽然门槛较低，问题却比较大。

首先，氚是一种人造核素，无法从自然界中提取。所以一般是用锂制成包层，锂在受到高能中子轰击后会产生氚。但锂资源是非常重要也比较稀缺的，现代的手机和电动汽车都在使用锂电池，人类正在大量开采锂矿。如果锂资源面临枯竭的话，对聚变能源的前景就不是一件好事情了。

而氘氚聚变更大的问题是会产生一个高能中子，聚变释放的能量有80%都在这个中子身上。这么高能量的中子会造成极强的辐射危害，打在周围的材料上会产生巨大损伤。并且由于中子不带电，想要把中子的能量收集起来，像核电站那样烧开水发电，需要很复杂的转化步骤，非常麻烦。

但氦-3聚变就不存在这个问题。氦-3原子核有两个质子和一个中子，两个氦-3原子核聚变后会生成一个氦-4原子核和两个质子。氦-3还可以和氘产生聚变，生成一个氦-4和一个质子。质子是带电粒子，穿透力很差，所携带的能量也很容易收集。因此氦-4被认为是最有潜力和最干净的核聚变燃料。

那么使用氦-3能发出多少电呢？根据测算，只要有20吨氦-3，就能满足我国一整年的用电所需。然而氦-3虽好，地球上却很少见。氦-3大多来源自太阳风，但氦气是惰性气体，又非常轻，所以地球大气层只有一点点儿的氦-3，还很容易就飘散到宇宙空间里去了。总储量仅0.5吨，对人类来说简直就是杯水车薪。

但在月球上就不一样了。月球没有空气，表面的月壤日复一日地被太阳风粒子轰击，逐渐积累了大量的氦-3。根据多个探测器对月壤的研究，统计出来月球的氦-3储量应该超过了100万吨，足以供应人类1000年的能源需求。仅凭这一点，就足以吸引各国花费巨资来开发月球了。

但是这里就遇到了一个问题：当我们在月球上收集到足够的氦-3之后，该如何把它运回地球呢？传统的方法是利用登月舱或着陆器的上升器。美国的阿波罗飞船和我国的嫦娥五号、六号，在着陆器（舱）上面都携带着一个上升器。

以嫦娥六号为例，采集到的样品被装进上升器中的样品舱。上升器带有火箭发动机，能够在月面起飞，在环月轨道进行交会对接，将样品舱传递给返回器，返回器再与轨道器一起返回地球。最后返回器与轨道器分离，独自进入地球大气层并打开降落伞降落。

但这样做不仅步骤复杂，可靠性差，运载效率也不高，关键还要耗费大量的燃料。这些燃料很难在月球上补给，因此都是从地球上运过去的，成本非常高。

苏联的月球采样任务有中美有所不同，曾经采用了返回器在月面起飞后直接飞回地球的方案，但耗费的燃料更多，每次采样只能取回100多克的样品，与嫦娥六号的1935克相比差得太远。

当然还可以考虑用SpaceX正在开发的“人类着陆系统”，也就是星舰登月版，但是效果大同小异。无论是中美还是苏联的做法，如果要从月球大规模运送矿产资源回地球的话，成本都太高了，主要原因就是要火箭发动机要消耗宝贵的燃料。那么这个问题就真的无解了吗？

当然不是！我国提出的“月基磁悬浮抛射返回系统”，要解决的就是这个问题。它采用了同心圆构型，主要由电机、储能装置，旋臂、环形的轨道梁和撬车构成，样子就像一个大圆盘，总重量80吨，可使用长征九号火箭发射到月球。装有月球货物的返回器被安装在撬车上，撬车安装在旋臂末端，而旋臂就在电机的驱动下不断旋转加速。

为了减少阻力，大量应用了超导磁悬浮技术。旋臂的主轴采用磁浮轴承，驱动电机使用超导电机，在撬车的下方的轨道梁上安装有悬浮模组，这样整个旋臂在旋转时都被浮了起来，不与静止部件接触，也就没有摩擦力了。而月球上又没有空气，不存在空气阻力，因此这套系统的驱动效率非常高，磨损也非常小。

在工作时，储能装置先放电，向超导电机提供强大的电力，推动旋臂旋转。旋臂在电机驱动下不断加速，最终将撬车和返回器加速到月面的逃逸速度（2.4公里/秒）以上。然后撬车与返回器分离，返回器直接脱离月球引力的控制，再经过一定的姿轨调整之后，就可以进入月地转移轨道，飞回地球了。

至于撬车，它是不会飞出去的，在分离后会进入一个直线制动轨道减速，能量会被重新回收到储能装置中。根据计算，正常情况下一次发射消耗能量的70%都可以被回收。如果设计得好，发射的角度和速度能够更加精确的话，甚至不需要姿轨修正，就可直接将返回器发射到月地转移轨道，这样返回器也可以不用带任何发动机了。

这个系统最大的优点就是没有浪费任何多余的东西，既不需要带发动机的上升器，也不用消耗任何燃料，只要有电就行。而在月球上最不缺的就是电能，使用大量太阳能板，在月昼期间就可以发电。而在月球极区的高纬度地带，由于太阳角度的原因，甚至全天都能发电。发出来的电储存在储能装置中，就可以持续不断地将货物抛回地球。

可能有人会问：超导技术实现起来非常复杂，现有的超导材料需要零下200多℃的低温才能进入超导态，光是冷却就需要消耗非常多的电，岂不是很浪费？这时月球上的环境又起了大作用。月面没有空气，在月夜或阴影区域，温度可以低到零下180多℃，与超导材料的工作温度相差不远，冷却所需的电能并不算太夸张。

根据设计，“月基磁悬浮抛射返回系统”总投资高达1300亿，一旦建成之后，每天可发射两次，每年可将3~5吨的氦-3运回月球。考虑到氦-3价格高达30亿美元一吨，因此这套系统每年可以赚到1000亿元人民币，简直就是暴利。

其实这样的旋转发射系统并不是第一次被提出，美国一家初创公司就打造了一款能够将航天器送入太空的亚轨道“旋转发射”系统，并在2021年对其进行了首次抛射测试。该装置高达91.4米，通过像离心机一样的旋转方式将火箭加速到“每小时数千英里”，然后火箭在6.1万米高空再次点火，将载荷送入地球轨道。

不过由于发射装置建在地球上，空气阻力过大，所以这个旋转发射系统必须以较大角度向空中发射，不能像在月球上那样贴着月面水平发射，也就无法直接入轨。而且在应用超导磁悬浮方面也有诸多困难，想要实用化还有很长的路要走。因此，自从那次试射之后，该装置也一直没有下一步进展的消息。

我们的月基抛射返回系统就不一样了，它巧妙地利用了月面上的特殊环境，在原理上是完全可行的。当然要想真正实现还有很多难点要攻克，比如必须先有长征九号这样的重型火箭，才能把重达80吨的抛射系统发射上去，然后还要在月面上找一块平坦的地方来安装。另外为了实现精确入轨，抛射时的分离时机也要非常准确，是真正的“差之毫厘，谬以千里”。

但这些都是细节问题，只要大方向没错，实施过程中的难点总是可以解决的。现在美国的“阿尔忒弥斯”载人登月计划遇到了非常大的困难，特别是在月面着陆方面，由于SpaceX基于星舰的“人类着陆系统”迟迟拿不出来，载人登月的时间也是一推再推。

而我国探月却在突飞猛进，嫦娥七号、八号已经提上日程，将在月球南极附近建设国际月球科研站，而我们自己的载人登月计划也将于2030年前实现。只要我国在月球站稳了脚跟，就可以开展下一步的工作，比如在月球建立采矿基地，开采氦-3等重要资源，以及建设“月基磁悬浮抛射返回系统”这样的月球基础设施，实现月球到地球的“特快专递”，这些都不再是梦想。