版權歸原作者所有，如有侵權，請聯(lián)系我們

隨著我國探月工程的不斷推進，在月亮上蓋房子也成為探月工程的一個規(guī)劃目標。既然要蓋房子，就需要建筑材料，“月壤磚”的研究也被提上日程。2024年9月1日，在《開學第一課》節(jié)目中，科學家團隊帶來了最新研制的月壤磚，讓人新奇不已。

在月球上蓋房子，并非遙不可及

月面建造是隨著人類登月活動的展開而被提出的。1969年，在人類首次登月后，引發(fā)了世界對月面建造技術的研究熱潮。當時提出的技術路徑是全部地面研制，運載發(fā)射，月面直接應用。1993年到2018年，月面建造研究得到進一步發(fā)展，美國宇航局提出“月球前哨”概念，歐洲航天局提出“月球棲息地”構想，主要技術路徑是地面研制為主，月面展開部署，月面擴建維護。

但是，相比于傳統(tǒng)建造，月面建造面對的問題和挑戰(zhàn)非常復雜。首先是要克服弱重力、強輻射等極端環(huán)境的考驗。其次，月球處于超高真空環(huán)境，并存在三百多攝氏度的溫差，傳統(tǒng)土木建造方式幾乎無法實施，結構穩(wěn)定性也無法保證。另外，高昂的成本也意味著，從地球上向月球運輸鋼筋、混凝土、水等建筑材料也不切實際。除此之外，因為沒有大氣層的保護，宇宙射線的強輻射、太陽風、微隕石等會撞擊月球表面，同時月球每年約有1000次2-3級的月震。這些都會對月面建筑材料的力學性能、熱學性能和抗輻射性能提出苛刻要求。

月球表面

面對這個人類共同的技術課題，我國科學家提出了自己的思考，就是在現有條件下，充分利用月球原位資源，結合地面成熟的建造技術，創(chuàng)新構建月球人機協(xié)同建造體系，實現月面建造智能化實施。

2015年，中國工程院院士、國家數字建造技術創(chuàng)新中心首席科學家丁烈云從建筑3D打印中獲得啟發(fā)，開始帶領團隊從事月面基地建造研究。目前，國外建造月面基地的技術思路是高能束3D打印，但存在大尺寸結構一次性成型困難、耗能大等問題。華中科技大學團隊為了解決這一問題，借鑒了中國傳統(tǒng)砌筑和榫卯連接方式，將中國傳統(tǒng)制磚砌筑的建造方法與3D打印建造方法相結合，利用模擬月壤粉燒出帶有榫卯結構的月壤磚，再用機器人砌筑，這樣，即便一個砌塊打印壞了，也只影響一塊?；诖思夹g，他們設計了月面建筑的雛形——一個像蛋殼一樣的雙層穹頂結構，取名為“月壺尊“；負責打印和拼裝的“中國超級泥瓦匠”——月蜘蛛打印機器人也正在設計中。

月壺尊設計示意圖

“中國超級泥瓦匠”機器人雛形

可喜的是，模擬“月壤磚”燒制獲得初步成果，國內首個"月壤磚"已被制備出來，并計劃通過天舟八號送往中國空間站，進行太空暴露試驗。在完成太空試驗后，第一塊“月壤磚”預計將在2025年年底返回地球。

模擬月壤磚示意圖

這些模擬月壤磚在空間站上驗證的三大關鍵性能包括：“月壤磚”的力學性能經歷暴露實驗后會不會退化，這一性能和建房子關系最大；“月壤磚”熱學性能會因為巨大的溫差產生什么變化，這樣可以了解它的保溫和隔熱性能如何；“月壤磚”在空間站上收到大量宇宙輻射的影響后會不會發(fā)生變化。這三大性能是這次“月壤磚”在空間站完成暴露實驗研究的重點，這將為中國進一步探索月球作出重大貢獻。

月壤磚，月面原位建造的關鍵材料

月壤就是月球表面的土壤，月面原位建造技術就是要充分利用月壤資源，就地取材或者一次性供給后能夠實現自我循環(huán)。而“燒結制磚技術“是實現這種月面資源自給自足的重要手段之一。我國科學家團隊采用了模擬月壤燒結試驗，目前已經完成模擬月壤的三種燒結試驗，分別為真空燒結、惰性氣體燒結、空氣燒結。

其中，模擬月壤在惰性氣體中燒結強度最高，能達到100多兆帕。而真空燒結是采用石墨模具，需要對模擬月壤稱重，按照重量將模擬月壤粉末裝填在模具內部一個直徑18毫米的空腔中，以石墨的壓頭對它進行壓實，壓實之后，再把它整個組裝好；然后連同石墨模具，放到一個真空的燒結爐內部進行燒結。燒結爐的真空度可以達到10的負2次方帕，它主要是采用一種電加熱，內部分布有10根硅鉬材料的加熱棒，通電之后就可以產生熱量。模擬月壤和石墨被放置在爐子內部，熱量就可以在抽真空之后，通過熱輻射的方式對材料進行加熱。燒制一爐真空環(huán)境的模擬月球磚大概需要24小時。還有一種方式是空氣燒結，指模擬月壤在大氣環(huán)境下進行的燒結過程，適用于那些不需要防止氧化或對氧化不敏感的材料。

模擬月壤粉

另外，科學家團隊還進行了其他燒結試驗。例如采用電磁感應燒結爐的方式進行燒結。月壤材料被放在坩堝中間，通過電能轉化為熱能的方式，電磁感應燒結爐可以將溫度加熱到1000℃以上，對模具進行加熱，十分鐘左右，一個長18厘米的模擬月球磚就燒制完成了。再如，有的實驗團隊通過一個菲涅爾透鏡，把太陽光聚焦在一個點上，將來這個點上放的是月壤，通過聚焦點的高溫把月壤燒結成磚。

除了探索月壤燒結制磚技術，這些模擬月壤磚能否經受住月球上的極端環(huán)境考驗，也是當前研究的重點。眾所周知，月表最低溫度-196℃、最高氣溫120℃，這些模擬月壤磚需要通過月表環(huán)境一個循環(huán)的考驗（一個循環(huán)指14天月晝和14天月夜），才能驗證其性能是否可靠。

在月球上蓋房子是人類的一個偉大而美麗的夢想，隨著科學技術的不斷進步，關于對月球的探索，甚至對更遠深空的探索，人類還將有無限暢想，也有著無限的可能。

部分信息來源于科學網、央視網、新華網等（科學性審核：鄭永春，空間科學傳播專家工作室）

點擊查看 中國科普資源名錄 資源展示

點擊查看 中國科普資源名錄 資源需求

歡迎掃碼關注深i科普！

我們將定期推出

公益、免費、優(yōu)惠的科普活動和科普好物！