日本清水建設(shè)株式會社提了一個(gè)計(jì)劃：

在月球赤道上，建一條11,000公里長、最終寬度400公里的太陽能發(fā)電環(huán)。

設(shè)計(jì)發(fā)電功率：13,000太瓦。而全球人類年用電量折算成平均功率，約為3.4太瓦。

兩個(gè)數(shù)字放在一起，比例是4000比1。

清水建設(shè)給這個(gè)計(jì)劃起名 LUNA RING，計(jì)劃開工時(shí)間：2035年。

建造方案不走尋常路——不打算從地球運(yùn)輸材料，而是派機(jī)器人登陸月球，直接"吃"月壤，用月壤燒制玻璃、陶瓷、混凝土，并在月球表面直接生產(chǎn)太陽能電池。全自動移動工廠，邊"吃"月壤邊造邊鋪。

如果真的能建成，那將是人類歷史上最宏大的工程。

但根據(jù)物理學(xué)，這個(gè)計(jì)劃存在至少三項(xiàng)尚未被完整解決的工程矛盾。

第一個(gè)問題：月塵

地球上的沙子經(jīng)歷了風(fēng)和水的長期打磨，顆粒邊緣趨于圓潤。

月球沒有大氣層，月塵顆粒在顯微鏡下呈鋒利玻璃碎渣狀，帶有強(qiáng)烈靜電。

這種靜電會驅(qū)使月塵吸附在任何裸露的表面，包括太陽能板和機(jī)器人的機(jī)械關(guān)節(jié)。

當(dāng)全自動工廠在月球表面移動作業(yè)時(shí)，月塵同時(shí)在覆蓋設(shè)備表面并侵入內(nèi)部結(jié)構(gòu)，引發(fā)磨粒磨損并可能導(dǎo)致機(jī)械卡死。

在地球上，沙塵暴的后果是清潔車輛。

在月球上，這些靜電碎渣會把設(shè)備一點(diǎn)點(diǎn)切成廢鐵。

這是第一個(gè)沒有被解決的悖論：利用月壤的計(jì)劃，必須同時(shí)對抗月壤本身。

第二個(gè)問題：傳輸效率

電發(fā)出來了，怎么送回地球？

清水建設(shè)設(shè)計(jì)了兩種方式。

微波：采用5.8GHz頻段以避開大氣水汽吸收峰，射向地球陸地接收站，天線直徑設(shè)計(jì)為2000米。

激光（1μm）：射向赤道附近海面漂浮接收站，電解海水制氫，用船運(yùn)輸。

兩種方式都需要跨越38萬公里的地月距離。

微波從發(fā)射點(diǎn)到接收點(diǎn)存在波束發(fā)散效應(yīng)。在不使用聚焦手段的情況下，跨越38萬公里后，微波會擴(kuò)散成一個(gè)直徑超過地球本身的光斑。

所以在月球上聚焦設(shè)備就需要超大口徑發(fā)射天線。

清水建設(shè)工程師在圖紙上將這個(gè)天線設(shè)計(jì)為直徑20公里。這個(gè)尺寸已經(jīng)接近一個(gè)小型城市的直徑。用月球材料建造一個(gè)直徑20公里的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，地基怎么處理、熱脹冷縮如何應(yīng)對、月塵沉積如何清除？

即便聚焦手段可行，地月傳輸?shù)恼w端到端效率，工程師的估算結(jié)果在5%到10%之間。

13,000太瓦的設(shè)計(jì)功率，按10%效率折算，傳回地球可用的功率約為1300太瓦。

對比全球年用電量折算的3.4太瓦，比例從4000倍下降到了約380倍。

如果效率只有5%，這個(gè)比例進(jìn)一步縮小到約200倍。

根據(jù)能量守恒定律，損失的90%以上能量不會憑空消失。在月球真空環(huán)境中，缺乏空氣對流散熱，這部分能量將直接轉(zhuǎn)化為熱積累，存在導(dǎo)致發(fā)射陣列自身過熱熔毀的物理風(fēng)險(xiǎn)。

第三個(gè)問題：時(shí)間表

清水建設(shè)株式會社計(jì)劃開工時(shí)間是2035年。但是截至目前，沒有一份完整的可行性技術(shù)報(bào)告被公開發(fā)布。

20公里直徑發(fā)射天線如何建造、使用何種材料、能否在月球表面穩(wěn)定工作，這些關(guān)鍵問題均無答案。月球表面的溫度范圍在零上127度到零下173度之間，半個(gè)月白天、半個(gè)月黑夜，溫差超過300度。沒有任何一種已知材料可以在這種溫差范圍內(nèi)長期循環(huán)而不產(chǎn)生疲勞損傷。宇航員常駐月球現(xiàn)場的方案意味著人類將在這個(gè)環(huán)境中長期暴露，等等太多問題了。

LUNA RING 自從計(jì)劃提出，就在學(xué)術(shù)界和技術(shù)界持續(xù)存在討論。

圖紙上最完美的計(jì)劃，往往是現(xiàn)實(shí)里最誠實(shí)的玩笑。日本花十幾年研究這個(gè)，可能永遠(yuǎn)建不起來。

那么這份計(jì)劃究竟是人類能源問題的終極答案，還是一個(gè)尚未完成的技術(shù)賬本，數(shù)據(jù)本身或許已經(jīng)說明了一些問題。