随着人类对月球新一轮探索热潮的兴起，建立月球基地的设想也越发具有可行性。
美国“太空”网站4日注意到，最近中国公布了利用模拟月壤建造月壤砖的进展，该技术为月球基地提供新的建设思路。
报道称，中国科学家正在进行一系列具体的试验，使建设月球科研站成为可能的现实。
作者丨谢 昭 马 俊
华中科技大学提出的“月壶尊”月球基地设计方案。（图源：华中科技大学）
模拟月壤砖已送至空间站
报道称，由于将物品从地球运送到月球是非常昂贵和具有挑战性的工程，因此直接使用月球上已经存在的材料，即所谓的原位建造技术，提供了一种可以极大节省成本的方法。
中国正在计划利用月球表面的风化层制造月壤砖，探索建造月球基地新方法。
美媒注意到，11月15日，中国天舟八号货运飞船向天宫空间站执行了补给任务，它运载的货物中包括“由月球土壤模拟物制成的砖块”。
科学家发现，月球土壤是岩石碎片、矿物粉尘、玻璃颗粒和其他物质的混合物，具体成分在月球表面的各个地区有所不同。
中国科学家认为，来自中国东北长白山的火山灰与月球土壤成分接近，因此被用来模拟月球土壤进行试验。
报道称，随着月球土壤成分的变化，其熔点也在变化，如果处理温度偏高，有可能使低熔点矿物蒸发，在材料中留下空隙；而处理问题偏低，又可能使高熔点矿物无法熔化，从而在月壤砖内部形成结构薄弱点。
因此，送到天宫空间站的这些月壤砖由五种成分各异的模拟月球土壤的材料制成，采用了三种不同的烧结方法。
按照计划，这些砖块将被放置在天宫空间站外，暴露在宇宙射线和剧烈的温度变化中长达3年，以充分评估它们的变化情况，为未来月球基地的建造计划提供最佳解决方案。
报道还提到，下一步中国将在2028年的嫦娥八号月球南极登陆任务中携带一个机器人，测试利用3D打印技术将月球风化层的土壤制成月壤砖。
这将是中国建立国际月球研究站的先导任务，相关工作不仅可以支持月球探测，还可以为未来前往更遥远的目的地（包括火星）的任务奠定基础。
美国曾想建“月球核基地”
“太空”网站提到，人类很早就设想在月球上建立基地，但具体如何操作，在相当长时间里都只停留在规划阶段。
例如，冷战期间美国就设想过在月球背面建立核导弹基地，可以保持对苏联的长期监视，同时又躲开苏联的直接打击。
但五角大楼集结了各大防务巨头展开联合讨论的结果是，当时美国没有能力也没有相应的技术能够在月球建立可以长期居住的基地，更不要提部署核导弹了。
1962年，美国国家航空航天局（NASA）高级项目经理约翰·德尼克等人提出设想，在“阿波罗11号”的登陆点建立地下基地。
该基地面积为1300平方米、可容纳21名宇航员，依靠核反应堆供电，并配备一个藻类空气过滤系统，但这些设计全都停留在纸面阶段。
美国太空专家约翰·罗杰斯顿在回顾这段历史时说，当时美国完全低估了月球基地的建造难度。
美国最初计划建立月球基地时只准备了60亿美元，而现实中为实现载人登月的“阿波罗”计划就耗资240亿美元；美国在一年中仅发射了5枚“土星”重型运载火箭，不是最初设想的一个月5枚。
美国“连线”网站介绍称，建立月球基地的第一个难题就是选址，因为月球没有大气和磁场的防护，月球基地的建筑物必须能够抵抗强宇宙辐射的长期照射以及小型陨石的撞击。
同时，月球温差极大，再加上月震频发，月球基地的建筑还必须具备极好的保暖和抗震能力。为解决这些难题，各国航天机构提出了两种思路：
一种是在月球基地的建筑物外部堆砌厚重的保护层。首先从地球运送建筑所需要的支撑结构，然后就地取材，利用月壤制造的材料完成建筑物的外墙，最后再用厚达几米的沙土或表岩屑层层覆盖，起到保护的作用。
例如欧洲航天局设计的国际月球村方案，就是在月表放置充气框架，然后用月表土壤、氧化镁等制成“混凝土”覆盖其上。
这种月球基地的建造思路简单直接，但工程量大，需要耗费巨资从地球运送过去大量物资，而且依然存在抵抗陨石撞击能力有限的弱点。
另一种思路是利用月球表面的自然条件，例如悬崖、峡谷、山洞和熔岩洞窟等作为月球基地的天然掩体，再在其中修建各种配套设施。
但这也意味着月球基地必须修建在极端复杂的环境中，无论是机器人还是穿着笨重宇航服的宇航员，都需要在崎岖的地形上施工，工程难度要大得多。
榫卯工艺，原位建造
在近年兴起的新一轮月球探测热潮中，建立月球基地有了一种新工具——3D打印技术，它与原位建造技术的结合，将使建造月球基地时可以就地取材，大幅减少从地球运送到月球表面的物资总量。
据介绍，月壤成分中包括大量的二氧化硅和氧化铝，含量均达到普通建设陶瓷的要求，理论上可以用微波烧结法加工成块；或者用于制造玻璃纤维，作为3D打印的原料。
但这些设想只停留在基本设计上，到底如何将月壤变成月球基地所需要的建筑材料，还需要实际验证。
因此，中国这次运往中国空间站的月壤砖最让“太空”网站关注的，是中国真正开始了工程化实践。
华中科技大学提出的“月壶尊”设计方案，是将中国传统砖砌的建造方式与3D打印建造方式结合，采用整体预制拼装、局部打印连接的方式，设计建造月面基地。
据国家数字建造技术创新中心、华中科技大学教授周诚介绍，“月壶尊”使用的月壤砖呈榫卯结构，密度与普通砖块相当，抗压强度却是普通红砖、混凝土砖的三倍以上，相当于每平方厘米能承受1吨多重量。
高温烧制的月壤砖 （图源：央视新闻频道）
月壤砖的制造工艺采用真空热压烧结的方式成型，整个过程大概分为三个步骤：
第一步，先把模拟月壤进行称重，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进行压制。
第二步，在压力施加完毕后，工程师会把压制成型、带有模拟月壤的模具放到真空热压炉中，加上隔热设施，将它升温烧结。
第三步，对月壤砖进行1000摄氏度以上的高温烧制。
月壤砖的最大特点是以100%原位成型的工艺方法制造，整个过程中没有任何其他材料添加物。这种设计的优点是可以在月球上就地取材，直接利用月壤、太阳能、矿产等月面原位资源，无须再从地球上运输预制建筑构件。
《环球时报》记者在11月举行的珠海航展上注意到，中国国家航天局在展台上也播放了一段演示视频，描述了未来在月球上收集太阳能熔化月壤，利用3D打印技术将其制成月壤砖的构想。
该视频显示，这些月壤砖可以相互镶嵌拼接，成为未来月球科研站的主要材料。
香港《南华早报》称，月壤砖不仅可以在月球上直接取材制造，还通过榫卯的设计实现了减少使用传统黏合剂的稳定连接方式，极大地降低了材料运输的复杂性和成本。
它不仅代表中国探月工程中的技术突破，也展示了中国在实现月球基地自主建设方面的潜力。
来源：环球时报丨谢 昭 马 俊
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