第454章 月宫与氦三
西元2013年10月，月球，中国“月宫”航天科技试验基地。
杨力维和王雅萍等人，紧盯着面前的显示屏上，如同瀑布一样变动的数据，他们在等待He-3气泡提取后，最后冷却纯化并液化的结果。
人工智能“小嫦”天籁般的声音，终于响起：“液He-3提取成功，纯度达到……，已载入储存箱，编号……。”指挥室内的所有人欢呼起来，这伟大的一步，终于实现了，中国当下核聚变的主流线路——氘与氦三聚变反应，终于获得了最重要的原料。有了He-3，加上地球上丰富的氘原料，就可以利用最近这些年，中国在核聚变领域积累的大量知识和科研成果，搭建氘氦三核聚变的实验堆了。
实际上，此前核聚变最主流的路线，是氘氚聚变反应，如果把氚原料换成氦三，点火的要求要高10倍，按照原来传统托克马克磁约束装置的发展路线，自然差得太远，根本看不到实现的可能性，这种装置能把氢燃料加热到1.5亿度左右，实现氘氚聚变，就是最好的结果。但问题是，氘氚聚变会产生大量的中子流和高能射线，地球上似乎没有哪一种材料能够抵御，使之成为核聚变的壳体。
相反，氘与氦三的核聚变，该反应没有中子和高能射线生成，不会有核辐射，氦3之所以被誉为未来最理想的清洁核能源，就是因为这个。这种核聚变只会释放出质子，但质子是很容易被屏蔽的。也就是说，如果能点火实现氘氦三的核聚变，虽然中心温度的要求是要高于10亿度以上的温度，但外壳反而能够实现，只要磁场将这个“太阳中心”约束在真空壳体的中央，并稳定地核反应，整个核聚变的基础体系就形成了。当然，所谓的“三乘积”要素——离子温度、密度和能量约束时间，都要达标。
原时空的核聚变，在李思华和赵云腾穿越的时候，大致是在氘氚聚变这条路径上，实现了中心温度1.6亿度，1,056秒的连续高温等离子体运行，等离子体电流超过250万安培(2.5兆安培)等指标。
新时空的中国，本来也是按照这条技术路线在不断发展。不过在2008年突破了点火技术之后，重点就调整了，因为新的点火技术，理论上可以实现氘氦三反应的10亿度以上，甚至高达20亿度的中心温度。
虽然也没有放弃氘氚聚变的继续研究，但显然氘氦三聚变反应，反而变得更加现实。也正因为如此，2008年到2011年建成的月球月宫科学实验基地，其重要的任务之一，就是研究提取氦三。
太阳风为月球土壤带来了丰富的He-3，但在月壤中分布得很散，如果是使用月壤，那么大约150吨才能提取出1克He-3，这在地球上都未必经济，更别说在月球了。但之所以当年觉得有可行性，正是科学家对月壤研究后，得到了一个突然的发现。
科学家们发现，月壤中钛铁矿颗粒表面，都存在一层非晶玻璃。在玻璃层中，观测到了大量的氦气泡，直径大约为5～25nm，且大部分气泡，都位于玻璃层与晶体的界面附近。反而在颗粒内部晶体中，基本没有氦气泡。
进一步的研究发现，通过机械破碎方法，有望在常温下，提取气泡形式储存的氦-3，不需要加热至高温。而且，钛铁矿具有弱磁性，可以通过磁筛选与其他月壤颗粒分开，便于在月球上原位开采。根据月球上钛铁矿总量估算，以气泡形式储藏的氦-3总量或高达26万吨，足以按照地球现在每年使用的能源规模，使用数千年。 当然，这实际上是不可能的，每年人类使用的能源都在增加嘛。
无论如何，这个发现解决了在月球提取He-3的三大问题：
第一是温度问题，本来如果要从普通月壤中提取氦-3，由于溶解在月壤颗粒中，提取氦-3受扩散速率限制，需要700℃以上的高温，不但耗能较高，而且速度慢，很难实现在月球上原位开采。地球上搞个700℃不难，但在月球那个难度，堪比登天，而现在只要机械破碎，难度下降了百倍不止。
第二是范围问题，原来是所有月壤，现在只要钛铁矿，这使得前期原材料的范围大大缩小，时间和成本都变得可控了，尤其是寻找到月球的钛铁矿的“富矿”地域，就像地球矿藏一样，具备了经济性的开采可能。
第三是分离问题，题钛铁矿玻璃层中，直接含有的是氦三气泡，意味着已经做过了“天然提纯”，无需像是原来的设想——要通过逐次的制冷，将月壤中与氦三混合的氢元素和氦四等杂质排除出去。这样成本的节省以及开采难度的下降，那可就大了去了。
打个比方，地球上黄金元素的总量，其实很高，一点都不稀缺，但问题就是分得太散了，以至于大多数的金元素，没有开采的经济价值，只有那些集中在一起形成富集的金矿，才有开采的价值——分布的面积很大，但有价值的只是集中的一些“点”，氦三在月球也类似这样的情况。
于是，在月球开采氦三的流程，就有了现实的可行流程——发现钛铁富集地域—磁性分离获得钛铁颗粒—机械破碎钛铁颗粒——采集氦三气泡—制冷液化储存—集中运输回地球—工业化提纯—生产合格聚变原料。
月宫基地到2013年7月，已经建成一套实验性的氦三月球开采设备体系，这几个月一直在完善和试验，到今天终于按照开采流程，获得了液化的氦三原料。
实际上，在获得了钛铁矿颗粒玻璃层氦三气泡的科学突破后，提取氦三，就不再是最大的技术挑战了。真正麻烦的，还是月宫这个有人科研基地的不断完善，改善生存、生活和生产条件。
月球是没有大气的，如果长期呆在月球，其实来自天空的危险不少，尤其是陨石和高能射线，所以如同在地球上一样，用建材来修筑人工建筑，至少在当前，并不是什么很好的选择。
所以类似当年陕北地域的窑洞式洞穴，是更好的选择，头顶厚厚的月壤，就是对来自天空射线威胁的最好防护，能够避免建筑在无防护的大气，和温度剧烈变化的环境下，过早的老化——日夜温差可能达到200度，这可不是开玩笑的，而且还可以节省大量从地球运去的建材。
但为了经济性，单单“节省”还不行，必须是非常节省。否则从中国运送一块红砖大小的建材，以当前的飞船科技，也要20万元人民币，就算是中国也用不起。
所以取之不尽用之不竭的月壤，自然就成为在月球制造建材的最明显的目标。月表的土，能厚达4到5米，最厚的地方有15米厚，下面才是月岩。使用月壤，一来不用像开采和搬运岩石那样费力，二来已经可以省掉了前期研磨的步骤。而且月壤的主要成分是二氧化硅，以及少量的氧化钙等，成分接近于地球上的硅酸盐水泥——这是常用于低温季节或冬期的施工的一种水泥。
但是在月球如何把月壤变成水泥呢？地球上用类似月壤的材料来生产水泥，同样需要一整套工业设备、工艺以及石灰等配料。在月球也需要这样吗？
这样做的难度太大了，最后还是用新科技突破了这个建材难关：科学家们发现，通过将人类血清白蛋白（HAS，从人类血浆中提取的常见蛋白质）或牛血清白蛋白（BSA）与月壤混合在一起，就可以得到与地球上混凝土一样坚固的建材，抗压强度达到25兆帕。这个效应其实就类似我们生活中看得到的：蛋清可以包裹面团粘合在一起。
进一步的研究发现：如果再混入尿素，可以帮助这种混凝土塑化，可以显著提升其抗压强度，达到39.7兆帕，而且还可以增加密度，提高材料的辐射屏蔽能力。
这个科研成果使得中国航天界，有了一个著名的笑话：原来宇航员的血和尿，才是最好的建材。宇航员自己，果然要献身太空，他们就是建材嘛。好事者计算，每个航天员在月球，大约每72周，他在保持健康状况下抽取的白蛋白，足够作为搭建一个新人庇护所的水泥黏合剂；而有6名航天员的话，在这个周期，可以生产出500公斤的高强度太空水泥。如此持续，就能建造更大的基地了嘛。
这是个有实际科技依据的笑话，在现实中当然不能指望这种流程，周期太长时间太慢了，而且把航天员变成“血奴”了，所以还是要从地球运送加工好的白蛋白和尿素。尤其是白蛋白，现在还在寻找各种替代的原料。
有了主建筑材料，还需要其它的辅助建筑材料，月球上也有不少矿物，但需要熔炼，利用月球白昼极其强烈的日照，光伏科技自然可以大展身手，获取光能，给予人工智能管理的月球小型工业自动化体系，来加工出玻璃、熔炼钢铁等材料出来。
有了足够的建材，就可以通过人工智能操纵的专门设计的3D打印机、搬运机等多种设备，高度智能化地进行月宫建设。
初级人工智能的存在，大大降低了月宫的建设难度，因为所有的机器，得到光伏充电之后，就可以由多个人工智能指挥，修筑“地下建筑群”。与地球的地下建筑不同的，其实月宫的建筑，相当于挖开至少45米厚的月壤，建筑在月岩上，然后用厚厚的月壤水泥，为这些建筑修筑很厚的“穹顶”完全覆盖掉地下的建筑，使其形成充分保护。
利用这样的模式，从2008年开始到现在，大约5年的时间内，整个“地下月宫”的总面积，已经突破了1.7万平米，现在是一个同时能容纳230人左右的太空基地了。
达到维持230人的基地目标，其实非常了不起，因为每个人在太空每年大约要消耗6吨的各种物资——每天15公斤水、0.83公斤氧气、0.65公斤食物，平均每天就是每个人16公斤多的物资。在计划刚开始的时候，单独一个人所需6吨物资的运费，大约是3亿人民币，平均每吨物资五千万人民币。
不过科技是飞速发展的，到了2013年，每吨地球物资的运费，已经下降到了大约1200万元，但即使如此，单单是生活物资，每年就要耗费200多亿元，加上其它不断增加的设备和科学仪器等，一年的运费，超过1000亿元。
这样的“豪横”，即使以中国的国力，也需要尽快地改善，不能长期这样耗费，所以月宫另一项非常重要的基础工作，就是要实现粮食和蔬菜的基地化生产。
这也是一项高难度的研究工作，不说没有空气和水，就是月壤，从种田的角度，也是贫瘠无比，而且含有大量的铁粒子。基本上，月壤表面是几乎不能用的，要用靠近月岩的深层月壤，然后加上从地球运来的营养物质（富含各种微量元素和微生物），而航天员们也要再次出力，他们是“人工尿素合成器”嘛。
土壤解决了，那么还要解决水和空气的问题，月球本身没有水，只能是用工业的方法——太阳风会带来氢原子，而月壤中含有氧原子，两者工业结合，制造水。实际上航天员们在月球表面发现了少量的水，其自然形成的机制，也就是太阳风的作用下，月球的含氧矿物进行了化学反应，最终形成了水。
能够制造水，同样也能从含氧月壤中制造氧气，而且氧气可不仅仅用于培育太空农业啊，所有人在月宫生存，都要靠这个制氧厂呢。飞船除了运输生活物资，运送制氧的催化剂，也是一大损耗。
有了土壤、营养物质、水和空气，加上白昼的太阳光通过转化，再把这一切密闭到一个环境中，能够控制这个密闭环境的温度和湿度范围，农作物就有了生长的可能性。
目前月宫选择了21种农作物在实验中，粮食作物有小麦和大豆等5种；蔬菜有胡萝卜和缸豆等15种；水果只选了草莓这一种。对农作物的选择是很讲究的，必须有营养、易于种植、生长周期要短。大部分的农作物，是没有光周期的，白天晚上都能长。
动物蛋白的摄取就困难了，这个阶段，显然无法在月球上养殖牲畜肉禽嘛。所以解决的办法是饲养黄粉虫（又名面包虫），这种昆虫，富含蛋白质、维生素、矿物质等营养成分，蛋白质的含量大大高于鸡蛋、牛肉、羊肉等常规动物性食品，且有易于消化吸收的特点，是优良的蛋白食品，而且口感好，具有独特风味。当然，这一切的优点，如果被航天员们直接吃虫，大部分人恐怕都会恶心坏了，所以必须把这种虫磨成粉，添加在其它食物中。
太空种植，其实也只是最近二三十年的过渡期，未来还是需要直接的农产品工业化，元素直接转换成食品，但现在还没有发展到那样的先进程度。
随着月球种植实验的逐个成功，月宫基地，已经具备了大扩展的可行性。杨力维们今年最重要的任务之一，就是实现农业生产的“大扩容”，例如实现1500亩（1平方公里）的小麦种植区，这是主粮，然后配套计算其它的蔬菜必须跟上，总计大约2平方公里的种植区。现在的230人团队，其中1/4都是植物学家、农学家以及土壤学家这些与月球农业生产密切相关的科学家。
如果能达成2平方公里的月球种植区，那么这个基地下一步，就能扩展到千人规模了，所谓的月球工业体，也就可以从“试验基地”发展到“小型工业基地”了，这样可以形成一个“月宫科学家小镇”。
实际上，人类在月球活动，越是长期，很多问题的解决，越是便利。例如上述的农业，发展到一定的规模，那么氧气，并不一定只能是来自含氧矿物，植物光合作用就可以产生氧气，而人类呼吸的二氧化碳，反过来输送到植物那里，又构成光合作用的原料。所有植物的残余以及人类粪便，都可以用来改良作为植物土壤的月壤，这就是一个植物为核心形成的维生体系，学名叫“生物再生生命保障系统BLSS”。
月宫基地验证了一条思路——月球没有大气层，那就把月壤作为月球的大气层，让人类在月壤的遮护下，在“地下”发展工业城市和科研基地。
随着月宫基地建设而快速发展的，则是中国整体航天能力的大幅度跃升，人类发展科技的规律之一，就是一旦在某个领域有了原理性的突破，而这个领域又有着重大的应用价值，那么在大量资本和人才的投入下，这个领域的各种科研成果和科技产品，就会如同雨后春笋一般地涌现出来。中国的航天事业，目前就处于这个阶段，例如短短数年之间，单艘新飞船的货运能力，已经从原来的百吨级别，发展到突破1000吨。
除了这些民生上的发展外，军方还在相关的大发展中，收获了军事上的进步。例如“近太空电磁推进系统”，听上去名字并不新鲜，但实际上是储电能力的大跃升，使得在近太空部署电磁炮得以成为可能。
原来的思路，是高能激光，但耗能显然远超过电磁炮——弹丸有自己的重量，重力加速度当然节省了大量电力。以目前中国的科技水平，一个高能激光体系，打不了几次能源就会耗尽。但同样的能源，如果用来做发射弹丸的电磁推进，攻击的次数，几乎可以达到数千次。
这在现实上就有意义得多了，高能激光只能用来打击高价值目标，而太空电磁炮，如果部署数量足够，简直可以用来对美国这样的敌人，进行他们无法防御的无限太空弹药打击或者“封锁美国”，这种数量上的意义，至少在短期更为重要。
而且这才是更重要的“导弹防御体系”，无论是美国发射洲际导弹或者是飞行器，只要中国能够及时侦查得到，美国的这些武器都很难逃脱太空电磁炮的中途打击摧毁。所以单单这种武器的成立，就让军方认为，未来热战战胜美国的把握，提升了至少30%的几率以上。
中国开始进入了太空科技高速发展的新时代。