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隨著人類對月球新一輪探索熱潮的興起，建立月球基地的設(shè)想也越發(fā)具有可行性。美國“太空”網(wǎng)站4日注意到，最近中國公布了利用模擬月壤建造月壤磚的進(jìn)展，該技術(shù)為月球基地提供新的建設(shè)思路。報(bào)道稱，中國科學(xué)家正在進(jìn)行一系列具體的試驗(yàn)，使建設(shè)月球科研站成為可能的現(xiàn)實(shí)。
圖片說明1：華中科技大學(xué)提出的“月壺尊”月球基地設(shè)計(jì)方案
圖片說明2：高溫?zé)频脑氯来u
模擬月壤磚已送到空間站
報(bào)道稱，由于將物品從地球運(yùn)送到月球是非常昂貴和具有挑戰(zhàn)性的工程，因此直接使用月球上已經(jīng)存在的材料，即所謂的原位建造技術(shù)，提供了一種可以極大節(jié)省成本的方法。中國正在計(jì)劃利用月球表面的風(fēng)化層制造月壤磚，探索建造月球基地新方法。
美媒注意到，11月15日，中國天舟八號貨運(yùn)飛船向天宮空間站執(zhí)行了補(bǔ)給任務(wù)，它運(yùn)載的貨物中包括“由月球土壤模擬物制成的磚塊”�？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，月球土壤是巖石碎片、礦物粉塵、玻璃顆粒和其他物質(zhì)的混合物，具體成分在月球表面的各個(gè)地區(qū)有所不同。中國科學(xué)家認(rèn)為，來自中國東北長白山的火山灰與月球土壤成分接近，因此被用來模擬月球土壤進(jìn)行試驗(yàn)。
報(bào)道稱，隨著月球土壤成分的變化，其熔點(diǎn)也在變化，如果處理溫度偏高，有可能使低熔點(diǎn)礦物蒸發(fā)，在材料中留下空隙；而處理問題偏低，又可能使高熔點(diǎn)礦物無法熔化，從而在月壤磚內(nèi)部形成結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)。因此送到天宮空間站的這些月壤磚由五種成分各異的模擬月球土壤的材料制成，采用了三種不同的燒結(jié)方法。按照計(jì)劃，這些磚塊將被放置在天宮空間站外，暴露在宇宙射線和劇烈的溫度變化中長達(dá)3年，以充分評估它們的變化情況，為未來月球基地的建造計(jì)劃提供最佳解決方案。
報(bào)道還提到，下一步中國將在2028年的嫦娥八號月球南極登陸任務(wù)中攜帶一個(gè)機(jī)器人，測試?yán)?/span>3D打印技術(shù)將月球風(fēng)化層的土壤制成月壤磚。這將是中國建立國際月球研究站的先導(dǎo)任務(wù)，相關(guān)工作不僅可以支持月球探測，還可以為未來前往更遙遠(yuǎn)的目的地（包括火星）的任務(wù)奠定基礎(chǔ)。
美國曾想建“月球核基地”
“太空”網(wǎng)站提到，人類很早就設(shè)想在月球上建立基地，但具體如何操作，在相當(dāng)長時(shí)間里都只停留在規(guī)劃階段。例如冷戰(zhàn)期間美國就設(shè)想過在月球背面建立核導(dǎo)彈基地，可以保持對蘇聯(lián)的長期監(jiān)視，同時(shí)又躲開蘇聯(lián)的直接打擊。但五角大樓集結(jié)了各大防務(wù)巨頭展開聯(lián)合討論的結(jié)果是，當(dāng)時(shí)美國沒有能力也沒有相應(yīng)的技術(shù)能夠在月球建立可以長期居住的基地，更不要提部署核導(dǎo)彈了。1962年，美國國家航空航天局（NASA）高級項(xiàng)目經(jīng)理約翰·德尼克等人提出設(shè)想，在“阿波羅11號”的登陸點(diǎn)建立地下基地。該基地面積為1300平方米、可容納21名宇航員，依靠核反應(yīng)堆供電，并配備一個(gè)藻類空氣過濾系統(tǒng)，但這些設(shè)計(jì)全都停留在紙面階段。美國太空專家約翰·羅杰斯頓在回顧這段歷史時(shí)說，當(dāng)時(shí)美國完全低估了月球基地的建造難度。美國最初計(jì)劃建立月球基地時(shí)只準(zhǔn)備了60億美元，而現(xiàn)實(shí)中為實(shí)現(xiàn)載人登月的“阿波羅”計(jì)劃就耗資240億美元；美國在一年中僅發(fā)射了5枚“土星”重型運(yùn)載火箭，不是最初設(shè)想的一個(gè)月5枚。
美國“連線”網(wǎng)站介紹稱，建立月球基地的第一個(gè)難題就是選址，因?yàn)樵虑驔]有大氣和磁場的防護(hù)，月球基地的建筑物必須能夠抵抗強(qiáng)宇宙輻射的長期照射以及小型隕石的撞擊。同時(shí)月球溫差極大，再加上月震頻發(fā)，月球基地的建筑還必須具備極好的保暖和抗震能力。為解決這些難題，各國航天機(jī)構(gòu)提出了兩種思路：一種是在月球基地的建筑物外部堆砌厚重的保護(hù)層。首先從地球運(yùn)送建筑所需要的支撐結(jié)構(gòu)，然后就地取材，利用月壤制造的材料完成建筑物的外墻，最后再用厚達(dá)幾米的沙土或表巖屑層層覆蓋，起到保護(hù)的作用。例如歐洲航天局設(shè)計(jì)的國際月球村方案，就是在月表放置充氣框架，然后用月表土壤、氧化鎂等制成“混凝土”覆蓋其上。這種月球基地的建造思路簡單直接，但工程量大，需要耗費(fèi)巨資從地球運(yùn)送過去大量物資，而且依然存在抵抗隕石撞擊能力有限的弱點(diǎn)。
另一種思路是利用月球表面的自然條件，例如懸崖、峽谷、山洞和熔巖洞窟等作為月球基地的天然掩體，再在其中修建各種配套設(shè)施。但這也意味著月球基地必須修建在極端復(fù)雜的環(huán)境中，無論是機(jī)器人還是穿著笨重宇航服的宇航員，都需要在崎嶇的地形上施工，工程難度要大得多。
榫卯工藝，原位建造
在近年興起的新一輪月球探測熱潮中，建立月球基地有了一種新工具——3D打印技術(shù)，它與原位建造技術(shù)的結(jié)合，將使建造月球基地時(shí)可以就地取材，大幅減少從地球運(yùn)送到月球表面的物資總量。
據(jù)介紹，月壤成分中包括大量的二氧化硅和氧化鋁，含量均達(dá)到普通建設(shè)陶瓷的要求，理論上可以用微波燒結(jié)法加工成塊；或者用于制造玻璃纖維，作為3D打印的原料。但這些設(shè)想只停留在基本設(shè)計(jì)上，到底如何將月壤變成月球基地所需要的建筑材料，還需要實(shí)際驗(yàn)證。因此中國這次運(yùn)往中國空間站的月壤磚最讓“太空”網(wǎng)站關(guān)注的，是中國真正開始了工程化實(shí)踐。
華中科技大學(xué)提出的“月壺尊”設(shè)計(jì)方案，是將中國傳統(tǒng)磚砌的建造方式與3D打印建造方式結(jié)合，采用整體預(yù)制拼裝、局部打印連接的方式，設(shè)計(jì)建造月面基地。據(jù)國家數(shù)字建造技術(shù)創(chuàng)新中心、華中科技大學(xué)教授周誠介紹，“月壺尊”使用的月壤磚呈榫卯結(jié)構(gòu)，密度與普通磚塊相當(dāng)，抗壓強(qiáng)度卻是普通紅磚、混凝土磚的三倍以上，相當(dāng)于每平方厘米能承受1噸多重量。月壤磚的制造工藝采用真空熱壓燒結(jié)的方式成型，整個(gè)過程大概分為三個(gè)步驟。
第一步，先把模擬月壤進(jìn)行稱重，按照重量放入模具，因月壤非常松散，所以需要在模具容器里進(jìn)行壓制。
第二步，在壓力施加完畢后，工程師會把壓制成型、帶有模擬月壤的模具放到真空熱壓爐中，加上隔熱設(shè)施，將它升溫?zé)Y(jié)。
第三步，對月壤磚進(jìn)行1000攝氏度以上的高溫?zé)啤?br />
月壤磚的最大特點(diǎn)是以100%原位成型的工藝方法制造，整個(gè)過程中沒有任何其他材料添加物。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是可以在月球上就地取材，直接利用月壤、太陽能、礦產(chǎn)等月面原位資源，無須再從地球上運(yùn)輸預(yù)制建筑構(gòu)件。
《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者在11月舉行的珠海航展上注意到，中國國家航天局在展臺上也播放了一段演示視頻，描述了未來在月球上收集太陽能熔化月壤，利用3D打印技術(shù)將其制成月壤磚的構(gòu)想。該視頻顯示，這些月壤磚可以相互鑲嵌拼接，成為未來月球科研站的主要材料。
香港《南華早報(bào)》稱，月壤磚不僅可以在月球上直接取材制造，還通過榫卯的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了減少使用傳統(tǒng)黏合劑的穩(wěn)定連接方式，極大地降低了材料運(yùn)輸?shù)膹?fù)雜性和成本。它不僅代表中國探月工程中的技術(shù)突破，也展示了中國在實(shí)現(xiàn)月球基地自主建設(shè)方面的潛力。
