月球家園的夢想：構(gòu)建太空前哨的挑戰(zhàn)與探索

自人類首次踏足月球起，月球就不再是遙不可及的天體，而是成為我們探索宇宙的跳板，以及人類潛在的居住地。目前，多國空間機(jī)構(gòu)和私營公司正致力于月球表面建造棲息地的探索。

我們知道，月球沒有大氣層保護(hù)，白天氣溫可超過120℃，夜晚又能低于-180℃，并且每年發(fā)生約1 000次2級或3級的月震，又有宇宙射線和微隕石的不斷轟擊，所以要想實(shí)現(xiàn)建造月球家園的夢想，找到合適的建筑材料是最大的挑戰(zhàn)。

地球上一般的建筑材料顯然適應(yīng)不了月球上的惡劣環(huán)境，即使科學(xué)家能夠研制出一些特殊的材料，僅運(yùn)輸成本就是天價。中國科學(xué)院丁烈云院士說：“將與一瓶礦泉水一樣重的材料運(yùn)到月球，要花費(fèi)20萬美元。”所以，在月球上建房的最佳方案，不是從地球上運(yùn)輸材料過去，而是“原位成型工藝方法”，即利用月球上的太陽能、礦產(chǎn)和月壤等月面原位資源來蓋房子。

近期，國家數(shù)字建造技術(shù)創(chuàng)新中心、華中科技大學(xué)周城教授和他的團(tuán)隊(duì)，在原位資源利用方面有了較大突破，他們通過模仿真實(shí)月壤的成分，制造出了多種“月壤磚”。

月壤，即覆蓋在月球表面的細(xì)碎巖石和塵埃，幾乎遍布整個月球，取材方便，但非常松散。可是，月球上既沒有水，也沒有氧氣，無法使用混凝土澆灌，也無法燒磚。那么，他們是如何制造磚塊的呢？

原來，研究人員是通過真空裝置高溫?zé)圃氯来u的。比如用電磁爐燒制，首先要制好相關(guān)模具，再將月壤稱重，將其放入適合的模具中進(jìn)行均勻放壓，形成一個坯體，再把壓制成型的月壤磚連同模具一起放在真空的電磁燒結(jié)爐內(nèi)，加熱至1 000℃以上，10分鐘左右，“月壤磚”就燒制完成了。

模具不同，月壤磚的形狀也不同。目前，研究人員共研制成了柱形、長條形、凹形、凸形等不同形狀的月壤磚。因?yàn)樵谠虑蛏掀鲋课荩荒芟裨诘厍蛏弦粯佑盟嗌皾{來穩(wěn)固，所以制作不同形狀的月壤磚，是想運(yùn)用中國傳統(tǒng)的榫卯結(jié)構(gòu)來砌筑建筑。

榫卯是中國古代極為精巧的發(fā)明，這種構(gòu)件連接方式不但可以承受較大的荷載，而且允許產(chǎn)生一定的變形，在地震荷載下通過變形抵消一定的地震能量，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。這樣，只需組裝、連接月壤磚，就能像搭樂高積木一樣建造月球家園。

另外，月壤與土壤一樣，地理位置不同，其成分也不一樣，有的地方是以玄武巖為主，有的地方是以斜長巖為主。為了便于就地取材，研究人員模仿月球上不同地理位置的月壤各制作了一種月壤磚，而且運(yùn)用了5種不同的月壤成分、3種不同的燒結(jié)工藝。這樣一來，相關(guān)實(shí)驗(yàn)就能獲取更為準(zhǔn)確的科研數(shù)據(jù)。

月壤磚的密度與普通磚塊差不多，但抗壓強(qiáng)度卻是普通磚塊的3倍以上，相當(dāng)于1平方厘米的面積上能承受1噸多的重量。那么，這些月壤磚能適應(yīng)月球環(huán)境嗎？

為了驗(yàn)證相關(guān)性能，研究人員選擇了片狀和柱體等3塊月壤磚樣品，將搭乘“天舟八號”貨運(yùn)飛船前往中國空間站，要在月球上做3年暴露實(shí)驗(yàn)后，才有望得到答案。

如果月壤磚適應(yīng)月球上的環(huán)境，就可以用機(jī)器人通過真空燒磚，或直接用3D打印技術(shù)制造磚塊，在月球上建造房屋了。不過，人們要想在月球上居住，除了要考慮月壤磚的退化規(guī)律外，還將面臨失重環(huán)境、氧氣和水資源的供給、月球資源的所有權(quán)與開發(fā)權(quán)分配，以及國際合作框架的建立等諸多挑戰(zhàn)。