多年来，建立一个永久性月球基地作为太空探索中转站的论调已经被提出了很多次。然而，实际建造一个真正的月球设施面临着许多重大的后勤挑战，其中最主要的是将物品运往太空所产生的“天文数字”般的成本。
一项于4月3日在《Device》杂志上发表的最新研究表明，至少一个月的后勤挑战的答案，可能就字面意义上而言，就躺在月球本身。该论文探讨了利用月球风化层——覆盖月球表面的薄层尘埃和小颗粒——来制造太阳能电池板玻璃的想法。在月球本地熔炼而成的“月球玻璃”将用作钙钛矿太阳能电池板的屏蔽层。这些电池板可以作为月球基地的能源来源。
什么是钙钛矿？
钙钛矿是一个通用术语，指的是具有与钙钛矿矿物相似的立方晶体结构的材料。它们在太阳能电池中的应用潜力近年来引起了广泛关注，这在很大程度上是因为它们相比传统的硅基电池所具有的优势。特别是，钙钛矿具有很高的潜在效率，并且理论上可以制造出比硅电池更薄、更轻的面板。
该研究的合著者、波茨坦大学物理与天文学研究所（辐射）耐受软半导体（ROSI）小组负责人Felix Lang解释说，这个想法是将从地球运来的高质量钙钛矿与在月球本地制造的玻璃结合起来。
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他估计，这将“使我们能够节省超过99%的质量（与从地球运输玻璃和钙钛矿相比）”。而这种节省反过来又可以运输更多的钙钛矿。
Lang说：“我们只需要不到1微米的钙钛矿厚度，所以1公斤（或2.2磅）的钙钛矿就可以生产大约400平方米的太阳能电池。”
这个想法是否可行取决于几个因素，其中最重要的是风化层本身是否适合制造玻璃。月球风化层的成分随纬度的不同而变化。月球高地发现的风化层与赤道附近发现的风化层在成分上略有不同。
为了应对这些纬度变化，该团队创建了几个模拟风化层成分的样本，并测试了每个样本制造玻璃的适用性。他们发现，用模拟月球高地区风化层的样本（命名为TUBS-T）制造的玻璃可能带来一个主要的额外好处。TUBS-T有可能解决在严酷的月球环境中运行太阳能电池板的一个主要问题——辐射。
辐射因素
太空充满了辐射。在地球上，我们的大部分辐射都被大气层屏蔽了，但月球却没有。月球表面接收到的辐射量约为地球的200倍。这种高辐射环境对人体有害，但它也会影响其他物质——比如玻璃。当传统的玻璃在太空中使用时，无情的辐射轰击会带来一个不受欢迎的后果：随着时间的推移，它会使玻璃变暗并变得不透明。
显然，这正是你在月球太阳能电池板玻璃中不希望看到的，任何在太空中使用的玻璃都需要具有极强的抗辐射能力。
Lang解释说：“在玻璃中添加（氧化铁）用于制造特种太空玻璃，（而）氧化铈也有效。”
TUBS-T的特点之一是含有少量亚铁（II）氧化物。这种杂质产生的玻璃已经带有一点棕色色调，并且能抵抗进一步的变暗——正是Lang所描述的那种“特种太空玻璃”。因此，理论上，拥有一个现成的材料来源，可以在月球上制造抗辐射玻璃，将是潜在月球基地的一大优势。
计算成本
然而，能够在月球上制造玻璃的长期效益必须与建立能够这样做的设施的初始成本进行权衡。例如，镜子以及所有其他关键部件和基础设施都将需要从地球运来。
Lang表示，很难估计前者何时会超过后者。“目前，我们还不确定设备需要多重，因为这取决于许多因素，例如生产能力。”
然而，该研究确实对各种场景进行了建模，以确定需要产生多少能量才能使月球玻璃/钙钛矿方案比直接从地球运输预制电池板更有效。研究发现，3到10兆瓦的光伏发电是最佳区间：较低的发电量下，运输生产设备的成本会抵消其带来的好处；而较高的发电量下，所需前体材料的重量又会产生影响。
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地球问题与月球问题
此外，Lang表示，月球玻璃还有助于缓解另一个潜在问题——钙钛矿太阳能电池相对脆弱的特性。基于钙钛矿的太阳能电池板可以实现比传统硅基电池板更高的效率。
在地球上，这些太阳能电池受到不稳定问题的困扰，这主要是由于湿气和氧气造成的环境退化。虽然月球上不存在其中一些问题，但月球太阳能电池板可能会面临紫外线敏感性和热冲击易损性的问题。
Lang说：“这些是我们仍在研究的问题。”他指出，该团队的初步数据显示，月球玻璃使钙钛矿电池“比石英或玻璃基钙钛矿太阳能电池更能抵抗紫外线，因为月球玻璃在紫外线到达钙钛矿之前吸收了部分有害的紫外线。”
Lang说，至少在某一方面，钙钛矿非常适合外星使用。即使存在紫外线敏感性，它们也具有极强的抗辐射能力。
“钙钛矿……在不损坏的情况下能承受非常高的辐射量。我们称它们为耐辐射材料，因为它们的软晶格不仅能承受辐射损伤，而且还能在之后自我修复。”
