月球造房不利因素

　　晝夜溫差大-200℃到120℃

　　真空環境

　　時間更長和頻率更高的“月震”

　　隕石衝(chong) 擊

　　宇宙射線的強輻射

　　月表重力改變材料與(yu) 結構的受力狀態

　　材料比較單一

　　沒有液態水

　　□ 長江日報記者楊佳峰

　　萬(wan) 丈高樓平地起，即便在月球上建房子，一樣需要一塊塊磚壘起來。月球上的第一塊磚如何製備出來？4月8日，國內(nei) 百名專(zhuan) 家學者匯聚在華中科技大學，開了首屆地外建造學術研討會(hui) 。長江日報記者從(cong) 會(hui) 上了解到：專(zhuan) 家預測，2028年前後“中國超級泥瓦匠”將登月采用原位建造方式製備第一塊月球磚，成為(wei) 搭建月麵基地建築材料。

　　“建什麽(me) 、用什麽(me) 建、怎麽(me) 建？”上午8時30分，國家數字建造技術創新中心首席科學家丁烈雲(yun) 院士、中國載人航天工程總設計師周建平院士、中國探月工程四期總設計師於(yu) 登雲(yun) 院士先後登台闡述自己對月麵建造的觀點，並一致提出原位建造。

　　丁烈雲(yun) 表示，希望“中國超級泥瓦匠”能夠在月球上就地取材，用月壤燒結方式在月球上做一個(ge) 人工造物——月壤磚。如果這塊磚能夠原位造出來，就打通了一條技術路線，建造月麵玄武基地也將成為(wei) 現實。

　　■ 為(wei) 何要到月球建房子

　　“中國人將在月球上建造月麵基地，這不僅(jin) 是前人沒有過的壯舉(ju) ，也是全球其他國家沒有建設過的。”丁烈雲(yun) 表示，在月麵建房子並非隻有我國有這個(ge) 規劃，歐洲航天局和美國宇航局都有此打算。目前，在月麵上建房子還沒有國際標準，首先要解決(jue) 技術問題。

　　1969年，人類首次登月，世界掀起了一輪月麵建造的熱潮，各種月麵建造技術開始提出，當時提出的技術路徑是全部地麵研製，運載發射，月麵直接應用。1993年到2018年，月麵建造研究得到進一步發展，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，主要技術路徑是地麵研製為(wei) 主，月麵展開部署，月麵擴建維護。

　　於(yu) 登雲(yun) 則從(cong) 兩(liang) 個(ge) 方麵分析推進“月麵建造”的必要性：一是國際發展態勢使然。2020年10月13日，美國聯合七國簽訂阿爾忒彌斯協議，開發利用地外資源，月麵建造已是各國月球探測與(yu) 開發利用必須麵對的基本課題。二是中國探月工程的需要。中國探月工程已完成一到三期，目前，探月四期工程正在穩步推進中。嫦娥六號擬於(yu) 2025年前後發射，並在月球背麵軟著陸，開展著陸區的現場調查分析與(yu) 月背首次無人采樣返回任務，將獲取世界首份月球背麵月壤樣品。

　　於(yu) 登雲(yun) 介紹，嫦娥七號將於(yu) 2026年前後發射，包括月球軌道器、著陸器、巡視器及飛躍器等，著陸區選址在月球南緯85°以上的南極—艾特肯盆地區域，擬實現對極區永久陰影坑水冰原位證認等科學目標。嫦娥八號擬於(yu) 2028年前後發射，擬開展月球資源原位利用及關(guan) 鍵技術先導驗證，可與(yu) 嫦娥七號組成我國月球南極的科研站基本型。

　　“月麵建造的關(guan) 鍵技術是月壤原位利用技術，月壤是月麵廣泛存在的物質。”於(yu) 登雲(yun) 表示，“在月亮上蓋房子”是長期探月的需要，將來肯定能夠實現，但就目前的研究基礎看，短期內(nei) 實現還比較困難。月麵建造相關(guan) 技術的突破將支撐我國最終實現長期駐月的偉(wei) 大夢想。

　　■ 如何設計施工

　　據悉，國家數字建造技術創新中心圍繞地外建造開展了三項研究工作，分別是玄武月球基地的星際樂(le) 高拚裝建造、月壺尊建築3D打印建造和月麵著陸墊建造。

　　丁烈雲(yun) 介紹，過去農(nong) 村建房子都是先燒磚，然後再砌牆，這個(ge) 可以借鑒到月表建房。設想未來用高能束3D打印技術製造出一個(ge) 個(ge) 的砌塊，即便一個(ge) 砌塊打印壞了，也隻影響一塊，然後再像搭積木一樣在月球上建房子。

　　月壺尊是雙層的穹頂結構，涉及12個(ge) 設計參數，滿足空間最大、應力最低、保溫隔熱的要求，而且自重小、用的材料少。航天器在月球表麵著陸有尾焰，容易濺起月塵，在真空環境很難沉下去，需要月麵著陸墊來避免月塵的產(chan) 生。

　　著陸墊的設計嚐試了垂直互鎖、水平互鎖等幾種方案，專(zhuan) 家發現著陸墊厚度不是越厚越好，超過8厘米會(hui) 對結構性能造成影響。

　　丁烈雲(yun) 介紹，和傳(chuan) 統建造不一樣，地外建造需要麵對複雜得多的問題和挑戰。以月球為(wei) 例，在月球上實施建造，首先必須克服極端環境的考驗。比如月球處於(yu) 超高真空環境，並且存在三四百攝氏度的大溫變，傳(chuan) 統的土木建造方式幾乎無法實施、結構穩定性也無法保證。

　　其次，“運輸一瓶礦泉水重量的材料去月球要花費20萬(wan) 美元”的高昂成本，意味著建造所必須的鋼筋、混凝土、水等材料不可能都從(cong) 地球上“外帶”，隻能盡可能利用月球上的天然月壤材料進行原位建造。再者，每年約1000次2～3級的月震，宇宙射線的強輻射、太陽風、微隕石衝(chong) 擊、月麵複雜形貌與(yu) 地質等等，都讓月麵原位建造成為(wei) 極端複雜且涉及多學科交叉的超級工程。

　　周建平告訴與(yu) 會(hui) 者，人員要在月球長期駐留，就要實現原位資源的利用開發，優(you) 先追求就地取材或者一次性供給後的自我循環，丁烈雲(yun) 的“燒結製磚技術”無疑是月麵資源自給自足的重要手段之一。

　　“月壤磚的燒結問題如何處理？”丁烈雲(yun) 解釋，目前已經完成模擬月壤的三種燒結試驗，具體(ti) 為(wei) 真空燒結、惰性氣體(ti) 燒結、空氣燒結，其中在惰性氣體(ti) 中燒結強度最高，能達到100多兆帕。真空環境下，月壤磚最佳燒結的溫度是1000℃到1100℃之間，如果加壓的話，燒結的時間花得更少。

　　這些模擬月壤磚能不能在月球上使用？丁烈雲(yun) 在實驗中也遇到難題。他說，月表最低溫度零下196℃、最高氣溫120℃，能不能承受月表環境一個(ge) 循環的考驗(一個(ge) 循環指14天月晝和14天月夜)，在實驗中發現在高低溫循環中模擬月壤磚強度沒有下降，反而上升了。按照常理強度應該是下降的，至今還在尋找強度上升的原因。

　　■ 施工工人是誰

　　丁烈雲(yun) 表示，月麵建造麵臨(lin) 各種極端環境挑戰，這都需要一個(ge) 聰明強大的機器人來完成砌築和拚裝工作，這個(ge) 機器人便是“中國超級泥瓦匠”。

　　“希望能通過2028年左右的嫦娥八號搭載進行‘中國超級泥瓦匠’的技術實驗驗證。”國家數字建造技術創新中心周誠教授表示，他們(men) 會(hui) 對月壤磚打印設備進行瘦身、減重，同時不斷優(you) 化製備工藝。目前，“中國超級泥瓦匠”已有設計圖紙。

　　能夠搭載嫦娥八號的“中國超級泥瓦匠”究竟長什麽(me) 樣？周誠介紹，體(ti) 重必須要在50千克以內(nei) ，很像一台桌麵打印機，隻不過它吃進去的是月壤，吐出來的是一塊塊月壤磚。這樣就可以完全在月麵就地取材，無需人工參與(yu) 。

　　丁烈雲(yun) 表示，“中國超級泥瓦匠”還有一個(ge) 英文名字Chinese　Super　masons。目前“中國超級泥瓦匠”的雛形——月蜘蛛打印機器人正在設計中，該機器人將能夠打印與(yu) 拚裝出幾米高的建築物，設計還在不斷改進，未來經過原理樣機的研發，完全可以成為(wei) “中國超級泥瓦匠”。

　　周建平向與(yu) 會(hui) 者描繪了2030年前把中國人送上月球的場景：首先要用新一代火箭發射20多噸重的著落器到月球軌道，然後從(cong) 地麵發射載人飛船到月球軌道和著落器對接，航天員從(cong) 載人飛船進入著落器，著落器落月後航天員出艙，駕駛月球車進行科學考察。航天員完成任務後回到著落器，乘上升器回到月球軌道與(yu) 載人飛船對接，載人飛船返回地球。

　　有人好奇，古人的嫦娥奔月會(hui) 不會(hui) 在中國人首次登月便成為(wei) 現實？周建平說，暫時沒有辦法回答是男是女，但一定是飛行員最為(wei) 合適，另外派什麽(me) 人去和登月任務也有關(guan) ，或許是地質學家，或許是建築工程師。

　　周建平表示，目前，空間站水資源完全實現了自給自足，但要是在月球上僅(jin) 僅(jin) 實現水資源的自給自足遠遠不夠，原位建造、原位製造是一個(ge) 繞不開的路徑。