到月球蓋房子不是夢 中將送第1塊「月壤磚」上太空挑戰酷寒、輻射

人類探月工程已處於從「認識月球」轉向「認識與利用並重」的重大轉折階段。對中國來說，攬月探索的意義，不僅在於聚焦關鍵核心技術領域突破，也是與美國未來「太空競賽」的戰略利基。

2024年是中國探月工程立項20年，進度再推進一大步，這次準備在月球上蓋房子。中國科學家已模擬月壤成分燒製呈榫卯結構的「月壤磚」，預計年內搭乘「天舟八號」貨運飛船飛往中國空間站進行多項驗證，預計第一塊「月壤磚」在2025年年底返回地球。若通過驗證，像玩「樂高」（LEGO）一樣在月球上蓋房不是夢。

綜合央視、文匯報報導，中國預計在2028-2035年論證實施月球科研站項目，在拓展型階段，月球科研站將建設成為長期無人、短期有人、功能完善、穩定運行的大型月基科研平台。這樣的目標，令科學家們開始研究如何月球上就地取材「蓋房子」。

剛公布的中國「國家空間科學中長期發展規畫」顯示，論證實施月球科研站已納入中國2028-2035年的規畫。

國家航天局系統工程司司長楊小宇表示，月球科研站的基本型階段要建設成為功能和要素基本齊備的月基綜合性科研平台；拓展型要建設成為長期無人、短期有人、功能完善、穩定運行的一個大型月基科研平台，具備全月面科學研究、資源開發和技術驗證能力。這樣的目標，令如何在月球上蓋房子的預先研究備受關注。

最新消息顯示，中國科學家已模擬月壤成分燒製成了「月壤磚」，磚體呈榫卯結構，其抗壓強度是普通紅磚、混凝土磚3倍以上，有利於未來拼裝建造月球基地。「月壤磚」將在月球上驗證力學、熱學性能，以及能否經受得住宇宙輻射。

據中國科學報報導，2015年，中國工程院院士、國家數字建造技術創新中心首席科學家丁烈雲從建築3D打印中獲得啟發，開始帶領團隊從事月面基地建造研究。國外建造月面基地的技術思路是高能束3D打印，存在大尺寸結構一次性成型困難、耗能大等問題。

中國科研人員借鑑中國傳統砌築和榫卯連接方式，將中國傳統製磚砌築的建造方法與3D打印建造方法相結合，利用月壤燒出帶有榫卯結構的月壤磚，再用機械人砌築，猶如玩「樂高」一樣在月球上蓋房，不僅可以搭建出較大尺寸的月面建築結構，且能耗和造價更低。

一塊不普通的「磚」

中國科學家模擬月壤成分燒製而成的「月壤磚」，研製地在華中科技大學國家數字建造技術創新中心。

為何要設計「月壤磚」？國家數字建造技術創新中心、華中科技大學教授周誠表示，日常生活中的建築用磚一般有紅磚、青磚以及混凝土磚，「月壤磚」拿起來密度與普通磚塊相當，抗壓強度卻是普通紅磚、混凝土磚的三倍以上，相當於1平方厘米面積上能承受10多噸重量，呈現的榫卯結構，有利於在未來的月球基地的建造過程中，採用這樣的結構形式進行拼裝建造。

周誠表示，以真空熱壓燒結方式形成的「月壤磚」，整個過程大概分為3個步驟。第一個步驟，把模擬月壤進行秤重，秤重之後按照重量放入模具中，但月壤是非常鬆散的，需要在模具的容器裡面進行壓制。

三種燒結工藝

「工程師操作的就是讓它能夠均勻地施壓，然後形成有效的一個坯體。壓力施加完畢後，工程師會把壓制成型的、帶有模擬月壤的模具放到真空熱壓爐中，然後加上隔熱的一些設施。鎖上整個真空實驗裝置以後，就可以把它升溫燒結。」周誠說。

科研人員用實驗室模擬出的月壤材料就類似地球土壤一樣，是分散的，製作成磚需要通過高溫燒製，比如採用電磁感應燒結爐，可以在10分鐘左右將溫度加熱至1000℃以上，「月壤磚」即可燒製完成。

燒製過程中沒有其他材料添加物，採用100%原位成型工藝方法，這也是在未來月球基地建造中非常有潛力的建造方式。

原位成型工藝方法就是月球就地取材，直接利用月壤、太陽能、礦產等月面原位資源來蓋房子，不需要再從地球上運輸預制建築構件。這樣的方式能夠極大地降低月面建造的成本。這些模擬「月壤磚」將在太空暴露實驗後，為將來真的到月球上蓋房子積累科研數據，從而優化實際方案。

周誠表示，模擬月壤燒結的樣品一共分為3塊樣品板，科研人員設計的整個暴露時間是3年，所以每隔1年會下行一塊樣品板，帶著在空間站暴露之後的樣品返回地球，再來做相關的實驗。為充分利用上太空實測的珍貴機會，研究團隊將帶到中國空間站的「月壤磚」設計為柱狀和片狀兩種形態，柱狀主要用於力學測試；暴露面積較大的片狀則用於熱學和輻射效應測試。

五種模擬月壤成分

這些「月壤磚」還使用了5種不同的模擬月壤成分，為後續月球基地的建設可以提供更準確的科研數據。

「我們這裡面有5種不同的成分，有模擬月海的，也就是我們嫦娥五號落地（月）的地方，那一種以玄武巖為主的模擬月壤的成分。這裡面也有將來為嫦娥八號，包括嫦娥七號，落地在高地的月壤成分，主要是以斜長岩為主。」

周誠表示，跟地球一樣，東北的土是黑土，西北的土是黃土。在月球上也是，在不同的位置、不同區域土壤的顆粒成分都不一樣。科研人員主要了解在不同的成型工藝下，在空間站的那種環境中，它的退化規律。因為有了退化規律，才能夠對材料選擇、工藝的優化提出很好的科學依據。

月壤磚上太空 驗證月面3挑戰

周誠表示，「月壤磚」的太空之旅有3大關鍵性能需要驗證。

要在月面蓋房子，首先就會遭遇溫度劇烈變化的挑戰，月晝溫度超過180℃，月夜又到-190℃。此外，因為沒有大氣保護，大量宇宙輻射和許多微隕石會撞擊到月球表面，同時還有震動頻率高的月震，這些都會對月面建築材料的力學性能、熱學性能和抗輻射性能都提出苛刻要求。

為了搞清楚「月壤磚」能不能勝任月球造房子的任務，才需要以「天舟八號」貨運飛船將「月壤磚」運往中國空間站，進行多項太空實驗。

周誠表示，此次要驗證「月壤磚」的3大關鍵性能包括：一是「月壤磚」的力學性能，這和建房子關係最大，就是樣品的力學性能會不會退化。二是「月壤磚」的熱學性能的變化，希望知道它的保溫和隔熱的性能如何。三是輻射作用對「月壤磚」的影響，因為月球是真空的環境，有大量的宇宙輻射，希望了解「月壤磚」在月球上能不能經受得住宇宙輻射作用。

運用月資源 聚焦水冰開發

月球科研站時代，如何進行月球原位資源利用是學界和公眾都關注的問題。

國家航天局探月與航天工程中心研究員裴照宇等多位權威專家發表的科研文章顯示，中國如何實現月球資源利用的創新發展和國際引領；如何以月球原位資源利用活動為槓桿撬動月球科研站的可持續高效率構建與高效益運營；如何獲得更有顯示度的科研成果和社會效益等一系列重大問題，亟須在月球資源利用目標制定、頂層任務規畫和地面支撐條件建設等維度開展有針對性的戰略研究。

在現有規畫任務中，中國已開始計畫對月球資源利用進行多項實驗。

據介紹，「嫦娥七號」擬著陸於月球南極，將對月球南極陽照區和永久陰影區內的水及揮發分等賦存形態開展遙感與採樣分析相結合的證認式勘查，預期成果將有力支撐後續的月球水冰資源開發活動；「嫦娥八號」擬著陸於月球南極，與「嫦娥七號」一併構建形成月球科研站基本型，並在月面上首次實施月壤光熱熔融成型、移動式礦物資源詳查等原位資源利用新技術驗證。

裴照宇並在文章中指出，月球資源利用領域發展潛力巨大。

在利用月球資源初期，有望實現生命保障（生保）物資、科研站基礎設施、部分稀貴金屬月基提取與轉化利用新技術驗證，為月球科研站自我擴建和載人登月活動補充部分物資；中期，實現水/氧氣/氫氣等生保和推進劑規模化生產，利用月基礦物資源提取並製造零部件、建造小規模月基建築，部分物資不依賴於地球；遠期，構建網點化功能站，如極區水冰提取站、稀貴金屬冶煉站、月基製造站和月基發射場等，絕大多數物資不依賴地球運載，並可實現月基發射。

研究文章也指出，雖然NASA在世界上率先啟動了月球資源利用預先研究工作和月球資源評估工作，但因航天任務立項和經費制約，相關成果多屬於地面驗證階段，暫未形成絕對引領地位。可以預見，在未來的20到30年，中國的國際月球科研站將與世界各航天大國的月球探測與資源利用計畫在同一歷史節點、同一場景（月球南極區域），展開比對性競爭。

裴照宇在文章中建言，中國在月球科研站立項建設的初期，應盡早啟動月球資源體系架構規畫、基礎研究及載荷研發能力建設，引導國內國際同行開展有約束的高效研究，這有望實現高起點、高品質集群創新態勢，進而實現月球資源利用領域的國際引領性優勢。