隨著中國(guó)探月工程四期展開，在月亮上蓋房子成為我們的規(guī)劃之一。既然要蓋房子，就需要建筑材料。2024年11月15日，華中科技大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)燒制的月壤磚隨天舟八號(hào)貨運(yùn)飛船飛上太空，并開始進(jìn)行艙外暴露實(shí)驗(yàn)。那么，它為我們提供了什么方案？
已在太空中展開暴露實(shí)驗(yàn)的月壤磚樣品（供圖/周燕）
月面蓋房大挑戰(zhàn)
月面建造需要面對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，若使用傳統(tǒng)的土木建造方式，建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性無(wú)法得到保障；月表環(huán)境特殊，對(duì)建筑材料的力學(xué)性能、熱學(xué)性能、抗輻射性能和耐久性能等要求都十分苛刻；向月球運(yùn)輸鋼筋、混凝土等建筑材料的成本高昂，也并不現(xiàn)實(shí)。
面對(duì)上述月面建造挑戰(zhàn)，我國(guó)科研人員交出了自己的方案：在現(xiàn)有條件下，充分利用月球原位資源——月壤，結(jié)合地面成熟的建造技術(shù)，從一塊月壤磚開始搭建月球基地。
如何制作？
來(lái)自“本土”的原料
月壤指覆蓋在月球基巖表面的松散顆粒，厚度為幾米至十幾米之間。目前，學(xué)界對(duì)其成因的假說(shuō)眾多，主要認(rèn)為它是在隕石撞擊、宇宙射線轟擊、劇烈溫度變化等共同作用下的產(chǎn)物。
月壤顆粒主要由巖石碎屑、礦物碎屑、玻璃質(zhì)顆粒和黏合劑組成，多呈棱角狀、次棱角狀或長(zhǎng)條狀。其成分在不同區(qū)域存在差異，不過(guò)化合物成分以氧化硅為主，礦物成分則包括斜長(zhǎng)石、橄欖石、輝石、鈦鐵礦及玻璃物質(zhì)等。月壤樣品間的粒徑也有差異，我國(guó)嫦娥五號(hào)、嫦娥六號(hào)探測(cè)器采集到的月壤樣品最大粒徑不超過(guò)300微米。
科研人員參照真實(shí)月壤成分配制模擬月壤，以此為原料制作月壤磚。
參照真實(shí)月壤成分配制的模擬月壤（供圖/周燕）
模擬月壤的微觀結(jié)構(gòu)（供圖/周燕）
“零添加”的燒結(jié)工藝
月壤磚的制作工藝多樣，如在月壤中添加水和膠凝材料制備類混凝土磚，制備結(jié)構(gòu)復(fù)雜或異形的月壤磚時(shí)，也可使用3D打印技術(shù)。不過(guò)這些方法都需要額外從地球攜帶原料，并不是月壤材料原位利用率100%的建造技術(shù)。
科研人員選擇像燒制紅磚、青磚一樣，采用燒結(jié)工藝（將月壤在低于主要組分熔點(diǎn)溫度下加熱，使顆粒間產(chǎn)生連接的方法）制備月壤磚。首先將松散的模擬月壤放入模具進(jìn)行壓制，形成胚體，隨后將其放入真空熱壓爐中升溫?zé)Y(jié)。普通紅磚的抗壓強(qiáng)度為15～20兆帕，制備的月壤磚抗壓強(qiáng)度最高則可達(dá)100兆帕以上，力學(xué)性能十分優(yōu)異。
借鑒中國(guó)傳統(tǒng)榫卯連接方式的月壤磚，
減少了建筑一次性成型的風(fēng)險(xiǎn)（供圖/周燕）
雖然性能優(yōu)異，但月壤磚到底能不能承受月面的極端環(huán)境，還要讓它在太空中經(jīng)受考驗(yàn)之后才能知道。月壤磚會(huì)在太空中開展為期3年的艙外暴露試驗(yàn)，每年返回一塊，第一塊預(yù)計(jì)在2025年底回歸地球，為未來(lái)月球基地建設(shè)積累科研數(shù)據(jù)。在月球上蓋房子，已不再是遙不可及的夢(mèng)想。
責(zé)任編輯｜牛一名 岳煥琦
運(yùn)營(yíng)編輯｜岳煥琦
質(zhì)量審核 | 業(yè)蕾
圖文來(lái)源 | 《知識(shí)就是力量》雜志《月壤磚：在月球“搭積木”》，撰文/周燕（華中科技大學(xué)土木與水利工程學(xué)院），原文有刪改，原創(chuàng)作品轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)源。
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