中国如何建设月球基地？就地取材成主流方案

中国如何建设月球基地？就地取材成主流方案

中国航天锁定2030年前实现载人登月，建设月球基地的计划亦在推进之中，现在航天迷的焦点是中国会用什么材料打造这个基地，而目前其中一个主流方案，是直接在月球上挖土烧砖。

中国2004年展开探月，至2023年全面启动载人登月工程。图为展开人类首次月背采样并带返地球的嫦娥六号，于2024年5月3日升空。（网上图片）

月球基地建造面临的挑战

如何建造月球基地之受关注，第一个原因是月面情况比地球复杂和恶劣得多。

月球重力只有地球1/6，它高真空，几乎没有大气层，月面因而会受到宇宙射线的强辐射，还会受到陨石冲击；月面温差也极大，白天被太阳照射到的地方能超过120度，晚上则会跌至-180多度。

另外，月球还常会“月震”。虽然月震的次数较地球地震少，也较地球弱，但震动时间却更长。

在这环境中，要建设一座足够坚固安全、能让太空人安全工作和生活的建筑物，要求将会是史无前例的高。

利用原位资源解决建筑材料问题

另一个高难度问题是建筑材料。如果要把地球的物资或预制件送上月球，所需费用将是任何国家都难以承受的。要知道以目前科技力量，要运输一瓶矿泉水重量物资到月球，据报费用要20万美元。

如何解决？最佳的方法是利用“原位资源”；以通俗用语来说，就是尽量就地取材，直接利用月球的土壤（月壤）、矿产等资源来建屋。

对于“原位资源”建月球基地，相关部门和多间高校已展开研究。据报道，目前主流的方案有两种，其一是在月球就地挖土烧砖，用“月壤砖”来砌筑基地。而第二个主流方案是直接用3D打印出建筑物。

在2024年底，“月壤砖”的方案备受关注，因为由湖北武汉华中科技大学研制的“月壤砖”样品，将由“天舟八号”货运飞船送上中国太空站，展开“暴露实验”。

“月壤砖”天宫实验

“月壤砖”的样品将送上太空站作为期三年的暴露实验。

“暴露实验”指的是把样品放到航天器外，让它直接暴露在真空和高辐射环境中，以测试其变化。而“月壤砖”测试的项目，包括力学和热学性能，以及是否经受得住辐射，这都是其走向实用化的关键一步。

据报道，“月壤砖”暴露实验的时间是三年，期间每隔一年便会把一个样品送回地球研究分析，第一个样品将于2025年底返回地球。

话说回来，送上“天宫”的“月壤砖”是怎样做出来的？长什么样子？

原来这些“月壤砖”是科研人员在实验室用模拟月壤制造的。虽然中国的“嫦娥”探测器已带回月壤样品，但它弥足珍贵，所以科研人员便参照月壤成份，用地球的火山灰、玄武岩等物质，模拟出不同种类的月壤用以“烧砖”。

“月壤砖”的特点

科研人员在实验室做出的“月壤砖”呈榫卯结构，其抗压力为普通砖头的三倍。（网上图片）

“月壤砖”和地球上的砖头烧制方式大有不同，地球上的砖一般是用黏土与水混合后烧结，但月壤缺水，颗粒无法连结，所以松散的月壤要先放在模具容器内，经高压压制成型，过程中不需任何其他添加物，然后再用电磁感应炉以超过1,000度高温烧结。

据报道，虽然月壤砖的密度与地球普通砖块相当，但它的抗压强度却是普通砖块的3倍以上，相当于1平方厘米面积能承受10多吨的重量。

要特别一提的是，科研人员这次造出的“月壤砖”有别于常见的方块形状，它们呈榫卯结构，外形就像“凹”和“凸”两个中文字，更便于拼装月球基地。

当然，当建设月球基地进入实施阶段，“挖土”和“烧砖”过程将全部在月球上进行，所需能源亦会透过太阳能等方式获得；造砖和用“月壤砖”砌筑建筑物，将会由机械人负责，登月太空人不必亲自动手做泥瓦匠。

3D打印技术的应用

科研人员曾试验用3D打印技术模拟建设“月壶尊”月球屋。（网上图片）

刚才提到月球建设基地的另一主流方案是用3D打印，这方案很早已广为媒体所报道。

3D打印也要在月球“挖土”，再以激光、微波加热以融合月壤里的晶粒，又或加入添加剂，让月壤形成打印材料，然后用机械人直接3D打印建筑物。

它最明显的好处，是能造出高度精细和复杂的设计。另外，3D打印也能打印出砖块，可以用这些砖块来砌筑基地。

同样是华中科技大学的科研人员，此前亦在实验室里用模拟月壤，打印出像蛋壳的椭圆形结构建筑模型；这个不需要承重梁柱的该月球屋雏形，被取名为“月壶尊”。

月球基地建设规划

中国建设的月球基地是什么样，现阶段仍未有定案，大家只能发挥想像。（图片

中国将于2030年前实现载人登月，而预计2026至2028年发射的嫦娥七号和嫦娥八号，将分别对月球南极环境和资源进行探测，并开展月球资源利用技术验证；它们亦会开始购建月球科研站基本型。

月球科研站，很多人习惯称为月球基地。它的基本型将于2030年前建成，拓展型则于2045年前建成。

至于未来的月球基地会是什么样子、以挖土烧砖还是3D打印方式构建，目前尚未有最终结论，毕竟“月壤砖”的第一个曝露样本要到2025年底才返回地球。

不过很多航天迷认为，挖土烧砖和3D打印可以互相配合，例如基建的主体用砌砖，它们的结合部份和某些特别位置用3D打印，这更具效率。