作者:李思辉 罗智霖 来源:中国科学报微信公众号 发布时间:2023/4/10 20:10:11
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在月亮上盖房子?一群中国“泥瓦匠”已经开始动手了

 

在月球上盖房子,真的遥不可及吗?或许在不久的将来,会有一群“中国超级泥瓦匠”为人类在月球上建起科研站。

近日,首届地外建造学术研讨会在武汉举行。众多专家学者围绕“如何在月亮上盖房子”展开热议。

像搭“乐高”一样盖房子

作为人类唯一抵达过的地外天体,月球一直是科学家研究的重要对象。虽然国际上发布过少量关于月面建造的论文,但从公开报道来看,目前这一研究还很前沿,而专门以“地外建造”为主题的大规模学术会议在世界范围内更不多见。中国科学家何以率先发起这样的会议?

首届地外建造学术研讨会发起人、中国工程院院士、国家数字建造技术创新中心首席科学家丁烈云在接受《中国科学报》采访时表示,地外建造似乎遥不可及,但它是人类科学技术进步的探索需要,也是航天强国的战略需要。发起并举办“地外建造”类的学术会议,目的就是推动跨学科交叉创新交流,形成推进地外建造的共识和思路。

2015年,专注于智能建造研究的丁烈云从建筑3D打印中获得启发,开始带领团队从事月面基地建造研究。目前,国外建造月面基地的技术思路是高能束3D打印,存在大尺寸结构一次性成型困难、耗能大等问题。华中科技大学团队借鉴中国传统砌筑和榫卯连接方式,将中国传统制砖砌筑的建造方法与3D打印建造方法相结合,利用月壤烧出带有榫卯结构的月壤砖,再用机器人砌筑,像搭“乐高”一样在月球上盖房子。这种方式不仅可以搭建出较大尺寸的月面建筑结构,而且能耗和造价更低。

丁烈云介绍,相比于传统建造,地外建造面对的问题和挑战尤为复杂。例如,在月球上实施建造,首先必须克服极端环境的考验。其次,月球处于超高真空环境,并且存在三四百摄氏度的大温变,传统土木建造方式几乎无法实施,结构稳定性也无法保证。

“将一瓶矿泉水重量的材料运送至月球,要花费20万美元。”丁烈云表示,高昂的成本也意味着,地外建造所必须的钢筋、混凝土、水等材料不可能都从地球上“外带”,只能尽可能利用月球上的天然月壤材料进行原位建造。

另外,月球上每年约1000次2-3级的月震,以及宇宙射线的强辐射、太阳风、微陨石冲击、月面复杂形貌与地质等,都让月面原位建造成为极端复杂且涉及多学科交叉的超级工程。

一个“从0到1”的过程

“我们如何在极端严酷的月球环境和既有地月关系条件下,充分利用月球原位资源,结合地面成熟的建造技术,创新构建月球人机协同建造体系,实现月面建造智能化实施?”中国科学院院士、中国探月工程四期总设计师于登云从月面建造“是什么”“为什么”“做什么”三方面,提出对未来月面建造的思考。

他在接受《中国科学报》采访时表示,我国的探月工程目前主要是无人探测,从2003年开始起步,分为三步走——第一步是绕月探测,第二步是着陆巡视探测,第三步是无人采样返回。这三步,中国在2020年以前就如期实现了。但这远远不能满足人类对月球科学认知和资源利用的需求,因此我们还将持续开展更深层次的探测活动,于是就有了现在的探月四期工程。探月四期工程的主要目标是在月球南极建立一个科研站的基本型,开展对月球科学的深化研究和月球资源就位利用技术试验。

于登云介绍,目前,探月四期工程正在稳步推进中。嫦娥六号拟于2025年前后发射,并在月球背面软着陆,开展着陆区的现场调查分析与月背首次无人采样返回任务,将获取世界首份月球背面月壤样品。嫦娥七号将于2026年前后发射,包括月球轨道器、着陆器、巡视器及飞跃器等。此次发射着陆区选址在月球南纬85°以上的南极-艾特肯盆地区域,拟实现对极区永久阴影坑水冰原位证认等科学目标。嫦娥八号拟于2028年前后发射,拟开展月球资源原位利用及关键技术先导验证,可与嫦娥七号组成我国月球南极的科研站基本型。

“在月面进行建筑建造,是长期探月的需要,将来肯定能够实现,但仅就目前的研究基础来看,短期内实现还比较困难。”于登云表示,真正实现“在月亮上盖房子”的目标,也许还需要20至30年,甚至更长时间。这项研究可能无法立竿见影,但目前开展跨学科交流、探讨、合作非常必要。

他进一步分析认为,人类对未知领域的科学探索往往是一个“从0到1”的过程,大胆假设、小心求证、不断探索、不断积累、灵机一动,都是突破重大科学难题需要经历的。从长远看,尽早着手在月球表面开展建筑建造的研究工作,更好地认清其关键问题、核心困难,不断激发科研人员、青年学者的研究兴趣,不断积累经验和技术非常有必要,且意义不凡。

过程和结果同样重要

《中国科学报》从研讨会上获悉,目前丁烈云团队已制备出国内首个模拟月壤真空烧结打印样品。

他将月面建筑命名为“月壶尊”,将完成砌筑拼装建造工作的机器人命名为“中国超级泥瓦匠”,将用于月球表面原位资源3D打印的机器人命名为“月蜘蛛”……

“为关键技术起一个个可爱的、富有中国特色的名字,意在为人类和平利用太空、推动建构人类命运共同体贡献更多中国智慧、中国方案、中国力量。”丁烈云说。

不过,他也坦言,目前该团队的研究还处于模拟环境下的实验阶段,而且因为月球的重力只有地球的六分之一,实验模拟非常困难,还需要掌握更多模拟极端环境下的实验数据和结果,因此必须进一步深入开展研究。

于登云也告诉《中国科学报》,以往大家都知道月球昼夜温差很大,但对温差到底有多大缺乏精确数据。我国探测掌握的最新数据是,月球白天最高温度在120摄氏度左右,夜晚温度大概在零下200摄氏度左右,因此月昼和月夜温差大概为300摄氏度,超过此前的估计。如此大的温差给月面建造带来了极大挑战。

何时能实现在月球上“盖房子”?与会专家普遍认为,这还需要经历一个科学家群体不断“上下求索”的过程,未必在一代科学家身上能实现。但是,以跨学科交流推动各相关领域科学家凝聚共识,共同解决难题、应对各种挑战显然是必须要做的工作。

“科学探索过程和结果同样重要,对于很多事关国家和人类生存发展的重大科学难题而言,潜心研究的过程有时甚至比最终结果还要重要。”丁烈云说。

 
 
 
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