在月亮上蓋房子？一羣中國“泥瓦匠”已經開始動手了_風聞

中國科學報

2023年04月11日 07:58:12 來自北京市

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文 ｜ 《中國科學報》 記者 李思輝 通訊員 羅智霖

在月球上蓋房子，真的遙不可及嗎？或許在不久的將來，會有一羣“中國超級泥瓦匠”為人類在月球上建起科研站。

近日，首屆地外建造學術研討會在武漢舉行。眾多專家學者圍繞“如何在月亮上蓋房子”展開熱議。

像搭“樂高”一樣蓋房子

作為人類唯一抵達過的地外天體，月球一直是科學家研究的重要對象。雖然國際上發佈過少量關於月面建造的論文，但從公開報道來看，目前這一研究還很前沿，而專門以“地外建造”為主題的大規模學術會議在世界範圍內更不多見。中國科學家何以率先發起這樣的會議？

首屆地外建造學術研討會發起人、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在接受《中國科學報》採訪時表示，地外建造似乎遙不可及，但它是人類科學技術進步的探索需要，也是航天強國的戰略需要。發起並舉辦“地外建造”類的學術會議，目的就是推動跨學科交叉創新交流，形成推進地外建造的共識和思路。

2015年，專注於智能建造研究的丁烈雲從建築3D打印中獲得啓發，開始帶領團隊從事月面基地建造研究。目前，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。華中科技大學團隊借鑑中國傳統砌築和榫卯連接方式，將中國傳統制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，再用機器人砌築，像搭“樂高”一樣在月球上蓋房子。這種方式不僅可以搭建出較大尺寸的月面建築結構，而且能耗和造價更低。

丁烈雲介紹，相比於傳統建造，地外建造面對的問題和挑戰尤為複雜。例如，在月球上實施建造，首先必須克服極端環境的考驗。其次，月球處於超高真空環境，並且存在三四百攝氏度的大温變，傳統土木建造方式幾乎無法實施，結構穩定性也無法保證。

“將一瓶礦泉水重量的材料運送至月球，要花費20萬美元。”丁烈雲表示，高昂的成本也意味着，地外建造所必須的鋼筋、混凝土、水等材料不可能都從地球上“外帶”，只能儘可能利用月球上的天然月壤材料進行原位建造。

另外，月球上每年約1000次2-3級的月震，以及宇宙射線的強輻射、太陽風、微隕石衝擊、月面複雜形貌與地質等，都讓月面原位建造成為極端複雜且涉及多學科交叉的超級工程。

一個“從0到1”的過程

“我們如何在極端嚴酷的月球環境和既有地月關係條件下，充分利用月球原位資源，結合地面成熟的建造技術，創新構建月球人機協同建造體系，實現月面建造智能化實施？”中國科學院院士、中國探月工程四期總設計師於登雲從月面建造“是什麼”“為什麼”“做什麼”三方面，提出對未來月面建造的思考。

他在接受《中國科學報》採訪時表示，我國的探月工程目前主要是無人探測，從2003年開始起步，分為三步走——第一步是繞月探測，第二步是着陸巡視探測，第三步是無人採樣返回。這三步，中國在2020年以前就如期實現了。但這遠遠不能滿足人類對月球科學認知和資源利用的需求，因此我們還將持續開展更深層次的探測活動，於是就有了現在的探月四期工程。探月四期工程的主要目標是在月球南極建立一個科研站的基本型，開展對月球科學的深化研究和月球資源就位利用技術試驗。

於登雲介紹，目前，探月四期工程正在穩步推進中。嫦娥六號擬於2025年前後發射，並在月球背面軟着陸，開展着陸區的現場調查分析與月背首次無人採樣返回任務，將獲取世界首份月球背面月壤樣品。嫦娥七號將於2026年前後發射，包括月球軌道器、着陸器、巡視器及飛躍器等。此次發射着陸區選址在月球南緯85°以上的南極-艾特肯盆地區域，擬實現對極區永久陰影坑水冰原位證認等科學目標。嫦娥八號擬於2028年前後發射，擬開展月球資源原位利用及關鍵技術先導驗證，可與嫦娥七號組成我國月球南極的科研站基本型。

“在月面進行建築建造，是長期探月的需要，將來肯定能夠實現，但僅就目前的研究基礎來看，短期內實現還比較困難。”於登雲表示，真正實現“在月亮上蓋房子”的目標，也許還需要20至30年，甚至更長時間。這項研究可能無法立竿見影，但目前開展跨學科交流、探討、合作非常必要。

他進一步分析認為，人類對未知領域的科學探索往往是一個“從0到1”的過程，大膽假設、小心求證、不斷探索、不斷積累、靈機一動，都是突破重大科學難題需要經歷的。從長遠看，儘早着手在月球表面開展建築建造的研究工作，更好地認清其關鍵問題、核心困難，不斷激發科研人員、青年學者的研究興趣，不斷積累經驗和技術非常有必要，且意義不凡。

過程和結果同樣重要

《中國科學報》從研討會上獲悉，目前丁烈雲團隊已製備出國內首個模擬月壤真空燒結打印樣品。

他將月面建築命名為“月壺尊”，將完成砌築拼裝建造工作的機器人命名為“中國超級泥瓦匠”，將用於月球表面原位資源3D打印的機器人命名為“月蜘蛛”……

“為關鍵技術起一個個可愛的、富有中國特色的名字，意在為人類和平利用太空、推動建構人類命運共同體貢獻更多中國智慧、中國方案、中國力量。”丁烈雲説。

不過，他也坦言，目前該團隊的研究還處於模擬環境下的實驗階段，而且因為月球的重力只有地球的六分之一，實驗模擬非常困難，還需要掌握更多模擬極端環境下的實驗數據和結果，因此必須進一步深入開展研究。

於登雲也告訴《中國科學報》，以往大家都知道月球晝夜温差很大，但對温差到底有多大缺乏精確數據。我國探測掌握的最新數據是，月球白天最高温度在120攝氏度左右，夜晚温度大概在零下200攝氏度左右，因此月晝和月夜温差大概為300攝氏度，超過此前的估計。如此大的温差給月面建造帶來了極大挑戰。

何時能實現在月球上“蓋房子”？與會專家普遍認為，這還需要經歷一個科學家羣體不斷“上下求索”的過程，未必在一代科學家身上能實現。但是，以跨學科交流推動各相關領域科學家凝聚共識，共同解決難題、應對各種挑戰顯然是必須要做的工作。

“科學探索過程和結果同樣重要，對於很多事關國家和人類生存發展的重大科學難題而言，潛心研究的過程有時甚至比最終結果還要重要。”丁烈雲説。