中國將如何建“廣寒宮”？揭秘月球“蓋房神器”

【環球時報-環球網報道 樊巍 鄧孝慈】中國於2016年正式提出的“國際月球科研站”計劃，因其將在月球上建設一個類似於“小城鎮”的長期運行科研設施，故而被網友形象地稱為“廣寒宮”工程。根據任務規劃，國際月球科研站將於2035年前完成基本型建設，2045年前完成拓展型建設。據《環球時報》記者瞭解，在月球科研站的建造過程中，將部分地採用“就地取材”的理念，利用月壤製作建築材料，同時開發月球上的水冰資源以支持相關科研任務。相關科研專家近日在接受《環球時報》記者採訪時也介紹了中國和平開發月球、利用月球的相關技術。

此前發佈的公開信息顯示，由中方發起的國際月球科研站是一個可長期自主運行、短期有人蔘與，可擴展、可維護的綜合性科學實驗設施。具備地月往返、能源供應、中樞控制、通信導航、月面科考和地面支持等能力，能持續開展科學探測研究、資源開發利用、前沿技術驗證等多學科、多目標、綜合性科學和技術活動。

而在建造國際月球科研站的過程中，一種名為“月壤原位3D打印系統”的設備，將把國人的基建優勢拓展到月球之上。

“‘月壤原位3D打印系統’是一台可以利用聚光太陽能，將月壤高温熔融製成月壤磚的裝置。”深空探測實驗室“月壤原位3D打印系統”技術負責人楊洪倫介紹在接受《環球時報》記者採訪時介紹稱，這套裝置主要有兩大特點，一是採用月壤作為唯一原材料，不需要從地球攜帶任何輔料，這樣可以做到真正的原位資源利用，實現用月球的土建月球房。此外，這套3D打印系統的光纖束是柔性的，末端可以自由移動，“我們不僅可以鑄磚，也可以自定義打印頭的移動路徑，以實現月壤任意形狀成型製造。”

據瞭解，月壤原位3D打印系統，又被形象的稱為“月壤打磚機”，其核心原理是通過拋物面聚光反射鏡匯聚太陽光，經由光纖束傳輸產生大約3000倍的聚光太陽能，將月壤加熱到1300℃以上實現月壤熔融和月壤磚的製備。月壤原位3D打印系統實現了月球資源、能源的原位利用，製成的月壤磚具有強度高、隔熱性好等特點，可以滿足月球科研站的交通道路、設備平台和建築物建造需求，實現用月球的土建月球房。

然而，“月磚”的製造面臨着諸多難題。深空探測實驗室相關科研人員介紹稱，“月磚”在製造過程中成型較難，且月壤熱導率低、熔點高、礦物組分複雜，導致其難以均勻加熱，且易產生裂紋空隙等缺陷。此外，燒製“月磚”的過程中持續穩定的能源供應也是一大難點，月壤原位3D打印系統需要實現3000倍以上聚光太陽能穩定傳輸，同時需應對月面低太陽高度角、高真空、低温等嚴苛環境挑戰，這些因素易導致能量傳輸器件損傷和功能失效。

“在裝置研製初期，我們面臨的核心挑戰是如何在月球極端環境約束下，實現可靠的太陽能聚光與月壤成型。為此團隊系統對比了多種技術路線。”楊洪倫介紹稱，在聚光環節，究竟是採用菲涅爾透鏡、薄膜透鏡還是反射式聚光器？月壤成型方面究竟是採用粉末燒結，高温熔融還是粘結固化？通過一系列的驗證試驗，項目團隊最終選用了“反射聚光+光纖束傳能+粉末牀熔覆成型”的技術路線，攻克了能量捕獲傳輸到打印成型的全鏈條難題。

“月壤成型製造技術的驗證，可滿足月面交通道路、設備平台、建築物等基礎設施規模化建設需求，為更大規模、持續的月面探測和資源開發利用活動提供支撐。”他進一步介紹稱，通過月壤原位3D打印系統樣機的研製也成功驗證了月面能源捕獲、物質提取轉化等關鍵技術，這為後續深空資源開發利用及月面能源系統建設奠定技術基礎。

除了就地取材“燒磚”之外，從月球取水也是中國科研人員搭建“廣寒宮”的一項重大創舉。據瞭解，月球的極區藴藏着大量的水冰資源，這些水冰不僅是未來國際月球科研站的生命支持來源，比如飲用水、氧氣，還可通過電解制取氫氧燃料，支撐深空探測任務的能源需求，從而降低從地球運輸物資的成本和風險。

然而，月球表面的環境條件與地球不同，它是高真空、極低温的一個極端環境，因此如何從月壤裏面提取出可用的水資源，是將來面臨的一個重要問題。針對這個問題，深空探測實驗室聯合哈工大等高校院所，聯合開發了可以從月壤裏原位提取水的裝置。

相關科研人員向《環球時報》記者介紹稱，針對月壤原位取水創想而研發的國內首台羣針式月壤水冰熱提取系統原理樣機，攻克高強度含冰月壤開挖難、真空逃逸水汽收集難、水冰提取效率低等難題，採用多根細長螺旋鑽針原位鑽進含冰模擬月壤並加熱產生氣態水，水汽通過導流通道定向進入低温冷凝器，冷凝成固態冰實現收集。該裝置水冰提取效率等核心指標達到國際先進水平。

“當前，深空探測實驗室團隊圍繞地外資源開發利用全面開展技術攻關，並已取得多項重大成果。團隊已成功研製了月壤熔融電解制氧與冶煉、月壤水冰熱提取、月壤纖維製備一系列原理樣機，將有力支撐國際月球科研站等深空探測重大工程任務實施。”楊洪倫稱。

據瞭解，國際月球科研站建設倡議目前已得到世界多國響應，已有17個國家和國際組織、60多個國際科研機構加入國際月球科研站合作。未來，中國將與世界各國共同開展工程聯合研製、工程和科學搭載、地面設施建設、國際規則制定和人才教育培訓等共建活動，也將共享地面試驗設施，共同開展科學與應用研究，共享科學成果。