中国拿月壤模拟做砖，美媒罕见感慨：中国将先于美国建成月球基地

美国是全球公认的第一航天大国，无论是技术创新还是资金投入，较世界各国都保持着绝对领先优势，可你见过令美国都要甘拜下风的航天技术吗？

12月4日，美国专业太空网站对中国一项航天技术进行了专题报道，并宣扬中国该技术一旦试验成功，极有可能会先于美国一步率先完成月球基地建造。要知道就在前不久，美国NASA局长比尔还信誓旦旦的扬言“一定会赶在中国之前完成登月壮举”。那么，中国这项令美国都望而兴叹的航天技术究竟是什么呢？

答案就在我国11月15日发射的天舟八号上面，据介绍，我国天舟八号搭载了月壤模拟物制成的砖块，这种月壤砖将前往太空去进行为期长达三年的暴露实验。一旦成功，它将成为日后月球基地建设的核心材料。而这个月壤砖技术，却让美国潜心研究六十年却一无所获。

高强度月表建材

中国近些年在太空领域的成就是有目共睹的，除了独立完成空间站建造外，我国还计划于2028~2035年实现月球科研站的具体建设。

但建设月球基地绝非易事，首先是要解决水的关键供应问题。月表不是低地球轨道，如果依靠地球的货运飞船来解决水源供给，则只能满足少数人的生活需求，根本无法支撑大规模基地建设，因此月球基地必须依水而建。

除了水源外，月球基地还必须要求便于与地球通信；月面平坦，便于航天器着陆；长期有阳光照射，尽可能避免月球昼夜交替影响。在选址工作完成后，又该如何经济高效的施工建造呢？

为了尽可能降低航天运输以及维护成本，我们有必要对月球资源进行开发从而获取建造材料，同时也要确定材料制备的过程中，最大限度的降低资源消耗与操作成本，保证材料的可靠耐用。

这绝对是一项艰巨的挑战，月表没有磁场和大气层的保护，经常会有陨石砸落。另一方面，月面缺少大气压，建筑内压严重依赖结构承受，且月面温差最高超过300摄氏度，温度应力极大，这对建材的强度有很高的要求。

日常建筑的红砖、青砖以及混凝土砖，无一例外都无法达到月球基地的所需强度。并且即便符合，建材的庞大运输量也是个令人忧心的难题。

上世纪六十年代，美国同样面临着这个难题。1968年美国完成阿波罗8号绕月任务后，提出了在月背建造一个核打击基地。在对苏联进行核打击威胁的同时，还能避开来自苏联的监视。

这个想法如今看来无疑是天马行空、无法实现的。但当时美国已经相继完成了月球勘测、绕月飞行、月表软着陆以及载人登月，下一步即将开展月球军事基地研究，以及建立永久性地下军事基地的计划。

为了实现该计划，美国政府拿出60亿美元启动资金，助力一众科学家潜心研究月球基地的建材以及能源供应。但令人始料未及的是，单就月球基地的高强度建材就让美国人一筹莫展，此后数年美国的月球基地计划一直止步不前。直到后来，美国全面叫停了月球基地建设，月表高强度建材也就被一直搁置了下来。

令美国人都束手无策的难题，六十年后被摆在了中国人面前，这一次我们又该作何解呢？

月壤砖技术

中国工程院院士丁烈云领衔的团队，模拟月壤材料烧制了月壤砖技术。院士介绍道：月壤是未来在月球建造基地的最佳建材选择，可月壤要以什么样的方式才能烧结成砖呢？

在实验室，我们通过电磁感应烧结炉对模具进行加热，接着将月壤材料放在坩埚中间，对其不断进行均匀加热，最高温度可达1000摄氏度以上。短短十分钟过后，一块长18厘米的模拟月壤砖就烧制完成了。

中国东北长白山的火山灰与真实月壤的成分极为相似，完全可以被用作模拟月壤的原材料。而实验室模拟得到的月壤材料与沙土类似，是完全分散的，它们只能通过高温烧制来烧结成块。

但随着月壤成分的变化，其熔点也是在不断变化的，处理温度如果偏高，就会导致低熔点矿物蒸发，从而留下空隙。如果处理偏低，又会致使高熔矿物无法融化，月壤砖内部也会遗留结构薄弱点。

为了解决这些问题，实验室采取了三种不同烧结办法，另一种被称为“真空烧结”。在采用的石墨模具内部中，腾出一个直径18毫米的空腔，接着将月壤粉末装填在内部，用石墨压头将其压实。压实之后连同石墨模具，一起放在真空烧结炉内部。烧结炉的真空度为10的负2次方帕，主要采用电加热方式，烧制一炉模拟月球砖大概需要24小时。

无论任何一种方式，都是对于月球真空环境的一种探索。按照计划，共有三块样品板搭载天舟八号前往空间站进行实验。这些制成的模拟月球砖将被放置在天宫空间站之外，在强烈的宇宙射线与温差变化下历经3年考验。

时间每隔一年，便会下行一块样品板，最后再对月壤砖的变化状况进行具体评估，为日后的月球基地建造提供最佳方案。预计最快的月壤砖样板将于2025年重返地球。

在整个实验过程中，科学家主要对月壤砖的三大性能进行验证，第一是力学性能，月壤砖密度虽然与普通砖块相当，但抗压强度却是混凝土砖的3倍以上，每平方厘米至少能承受1吨以上的重量，三年考验足以检测月壤砖的力学性能是否会下降。

第二是热学性能，主要检测月壤砖的保温、隔热性如何。第三是辐射影响，月球是真空环境，拥有大量宇宙辐射，在宇宙辐射的长期作用下，月壤砖是否能经受住考验呢？这也是一大谜题。

除此之外，科学家们还提到了一个词——原位成型工艺。意思是未来月球基地的建设可以做到就地取材，直接利用月壤、太阳能等月表原位资源建设基地，无需飞船再万里迢迢从地球向月球运输建筑构件。这将大幅削减月球基地的建设成本，而月壤砖的太空暴露实验，也将为日后的基地建设提供宝贵科研数据。

核心建材砖块有了，房子又该怎么建？显然月球基地的建设只能通过自动化机器实现，华中科技大学提出了“月壶尊”设计方案。

该方案将中国砖砌方式同3D打印技术相结合，采取整体预制拼装，局部打印连接的方式去建造月球基地。科研团队设计的月壤砖为榫卯结构，又被称为“月面拓扑互锁”结构。一块完整月砖由两部分组成，组合在一起后，强度将会得到继续提升。

而月壶尊的真实尺寸为长3米、宽3米，外观似鸡蛋壳一样的圆弧结构。内部分为两层，中间有一层肋骨似结构，以提升稳定性。房间上层为休息间，下层是工作室。

当然月球基地的建造方案还有许多，中国工程院院士丁烈云领衔团队研发的“月蜘蛛”机器人，能完成挖、钻、捣等多项工程任务。预计2028年，该全自动化机器人就能登陆月球，制作第一块真正的月球砖。可以预想，在不久的将来，一座座月球砖构成的月球建筑，将如雨后春笋般拔地而起。