1. 极端环境适应
- 辐射防护:月球缺乏磁场和大气层,宇宙辐射强度约为地球的200倍,需开发高效屏蔽材料(如含氢复合材料)或地下建筑方案
- 温度控制:月面昼夜温差达300℃(-173℃至127℃),需多层隔热+主动温控系统,能源效率要求极高
- 微重力影响:月球重力仅地球1/6,长期居住对骨骼肌肉系统影响需新型对抗措施研究
2. 生命维持系统
- 闭环生态系统:需实现水回收率>95%,氧气再生率>90%,当前国际空间站技术尚不足以支撑永久基地
- 食物生产:月壤缺乏有机质,需开发人工基质栽培(如NASA的Veggie系统),但光照周期调控面临能源挑战
- 废物处理:封闭环境下有害气体积累(如氨气)的实时监测与净化技术尚未成熟
3. 原位资源利用(ISRU)
- 水冰提取:极区水冰开采需在-230℃环境中作业,热控钻探设备开发中(如Artemis计划的PRIME-1任务)
- 氧气制备:NASA的ROXY技术可将月壤铁氧化物转化为氧气,但转化效率仅40-50%,需突破性提升
- 建材制造:ESA的PROJECT PAVER验证月尘3D打印,但月尘静电吸附特性导致设备故障率高达30%
4. 能源供应
- 持续供电:月夜持续14天,需核动力(如Kilopower反应堆)与太阳能组合,但小型核反应堆的辐射安全管理尚未验证
- 能源传输:月球基地模块间距超1公里,无线输电效率不足60%(当前最优纪录为日本55%)
5. 建设与运输
- 重型载荷运输:SLS火箭单次运力40吨,建设百吨级基地需10次以上发射,成本超600亿美元
- 自主建造机器人:ESA开发的轻量化机械臂(负载仅25kg)无法满足大型结构装配需求
- 月面粘接技术:普通焊接在真空环境失效,ESA测试的微波烧结技术成品强度仅混凝土的1/3
6. 通信与导航
- 延迟通信:地月通信延时1.28秒,实时远程操控受限,需发展AI自主作业系统
- 精确定位:缺乏GPS,中国计划2024年发射"鹊桥二号"中继星构建月球版北斗,定位精度目标10米
突破方向:
- 中国"嫦娥七号"将验证月壤熔融成型技术
- NASA的MITTIC项目研发月尘防护涂层(2025年测试)
- 俄罗斯计划2030年前测试月球核电站原型机
这些技术挑战的攻克需要全球航天机构协同创新,预计2035年前可能实现中小规模(10人以下)月球基地的初步运行能力,但完全自主可持续基地的建设仍需重大技术突破。