伴随国内探月工程的不断推进，在月亮上盖房屋也成为探月工程的一个规划目的。既然要盖房屋，就需要建筑材料，“月壤砖”的研究也被提上日程。2024年9月1日，在《开学第一课》节目中，科学家团队带来了最新研制的月壤砖，叫人新奇不已。

在月球上盖房屋，并不是遥不可及

月面建造是伴随人类登月活动的展开而被提出的。1969年，在人类初次登月后，引发了世界对月面建造技术的研究热潮。当时提出的技术路径是全部地面研制，运载发射，月面直接应用。1993年到2018年，月面建造研究得到进一步进步，美国宇航局提出“月球前哨”定义，欧洲航天局提出“月球栖息地”构想，主要技术路径是地面研制为主，月面展开部署，月面扩建维护。

但，相比于传统建造，月面建造面对的问题和挑战很复杂。第一是要克服弱重力、强辐射等极端环境的考验。第二，月球处于超高真空环境，并存在三百多摄氏度的温差，传统土木建造方法几乎没办法推行，结构稳定性也没办法保证。另外，高昂的本钱也意味着，从地球上向月球运输钢筋、混凝土、水等建筑材料也不切实质。此外，由于没大方层的保护，宇宙射线的强辐射、太阳风、微陨石等会撞击月球表面，同时月球每年约有1000次2-3级的月震。这类都会对月面建筑材料的力学性能、热学性能和抗辐射性能提出苛刻需要。

月球表面

面对这个人类一同的技术课题，国内科学家提出了我们的考虑，就是在现有条件下，充分借助月球原位资源，结合地面成熟的建造技术，革新构建月球人机协同建造体系，达成月面建造自动化推行。

2015年，中国工程院院士、国家数字建造技术革新中心首席科学家丁烈云从建筑3D打印中获得启发，开始带领团队从事月面基地建造研究。现在，海外建造月面基地的技术思路是高能束3D打印，但存在大尺寸结构一次性成型困难、耗能大等问题。华中科技大学团队为知道决这一问题，借鉴了中国传统砌筑和榫卯连接方法，将中国传统制砖砌筑的建造办法与3D打印建造办法相结合，借助模拟月壤粉烧出带有榫卯结构的月壤砖，再用机器人砌筑，如此，即使一个砌块打印坏了，也只影响一块。基于此技术，他们设计了月面建筑的雏形——一个像蛋壳一样的双层穹顶结构，起名字为“月壶尊“；负责打印和拼装的“中国超级泥瓦匠”——月蜘蛛打印机器人也正在设计中。

月壶尊设计示意图

“中国超级泥瓦匠”机器人雏形

可喜的是，模拟“月壤砖”烧制获得初步成就，国内首个月壤砖已被制备出来，并计划通过天舟八号送往中国空间站，进行太空暴露试验。在完成太空试验后，第一块“月壤砖”预计将在2025年年底返回地球。

模拟月壤砖示意图

这类模拟月壤砖在空间站上验证的三大重点性能包含：“月壤砖”的力学性能历程暴露实验后是否会退化，这一性能和建房屋关系最大；“月壤砖”热学性能会由于巨大的温差产生什么变化，如此好了解它的保温和隔热性能怎么样；“月壤砖”在空间站上收到很多宇宙辐射的影响后是否会发生变化。这三大性能是这次“月壤砖”在空间站完成暴露实验研究的重点，这将为中国进一步探索月球作出重大贡献。

月壤砖，月面原位建造的重点材料

月壤就是月球表面的土壤，月面原位建造技术就是要充分借助月壤资源，就地取材或者一次性供给后可以达成自我循环。而“烧结制砖技术“是达成这种月面资来源于给自足的要紧方法之一。国内科学家团队使用了模拟月壤烧结试验，现在已经完成模拟月壤的三种烧结试验，分别为真空烧结、惰性气体烧结、空气烧结。

其中，模拟月壤在惰性气体中烧结强度最高，能达到100多兆帕。而真空烧结是使用石墨模具，需要对模拟月壤称重，根据重量将模拟月壤粉末装填在模具内部一个直径18毫米的空腔中，以石墨的压头对它进行压实，压实之后，再把它整个组装好；然后连同石墨模具，放到一个真空的烧结炉内部进行烧结。烧结炉的真空度能达到10的负2次方帕，它主如果使用一种电加热，内部分布有10根硅钼材料的加热棒，通电之后就能产生热量。模拟月壤和石墨被放置在炉子内部，热量就能在抽真空之后，通过热辐射的方法对材料进行加热。烧制一炉真空环境的模拟月球砖大概需要24小时。还有一种方法是空气烧结，指模拟月壤在大方环境下进行的烧结过程，适用于那些无需预防氧化或对氧化不敏锐的材料。

模拟月壤粉

另外，科学家团队还进行了其他烧结试验。比如使用电磁感应烧结炉的方法进行烧结。月壤材料被放在坩埚中间，通过电能转化为热能的方法，电磁感应烧结炉可以将温度加热到1000℃以上，对模具进行加热，十分钟左右，一个长18厘米的模拟月球砖就烧制完成了。再如，有些实验团队通过一个菲涅尔透镜，把太阳光聚焦在一个点上，以后这个点上放的是月壤，通过聚焦点的高温把月壤烧结成砖。

除去探索月壤烧结制砖技术，这类模拟月壤砖能否经受住月球上的极端环境考验，也是目前研究的重点。大家都知道，月表最低温度-196℃、最高气温120℃，这类模拟月壤砖需要通过月表环境一个循环的考验（一个循环指14天月昼和14天月夜），才能验证其性能是不是靠谱。

在月球上盖房屋是人类的一个伟大而漂亮的梦想，伴随科技的不断进步，关于对月球的探索，甚至对更远深空的探索，人类还或有无限畅想，也有着无限的可能。

部分信息源自科学网、央视网、新华网等（科学性审核：郑永春，空间科学传播专家工作室）

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