月亮上蓋房難在哪？中國科學家率先研討“地外建造”

　　在月球上蓋房子，真的遙不可及嗎？或許在不久的將來，會有一群“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(fā)布過少量關于月面建造的論文，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(guī)模學術會議在世界范圍內更不多見。中國科學家何以率先發(fā)起這樣的會議？

　　首屆地外建造學術研討會發(fā)起人、中國工程院院士、國家數字建造技術創(chuàng)新中心首席科學家丁烈云在接受《中國科學報》采訪時表示，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(zhàn)略需要。發(fā)起并舉辦“地外建造”類學術會議，目的就是推動跨學科交叉創(chuàng)新交流，形成推進地外建造的共識和思路。

　　2015年，專注于智能建造研究的丁烈云從建筑3D打印中獲得啟發(fā)，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鑒中國傳統(tǒng)砌筑和榫卯連接方式，將中國傳統(tǒng)制磚砌筑的建造方法與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，再用機器人砌筑，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筑結構，而且能耗和造價更低。

　　丁烈云介紹，相比于傳統(tǒng)建造，地外建造面對的問題和挑戰(zhàn)尤為復雜。在月球上實施建造，首先必須克服極端環(huán)境的考驗。其次，月球擁有超高真空環(huán)境，并且存在三四百攝氏度的大溫變，傳統(tǒng)土木建造方式幾乎無法實施，結構穩(wěn)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?！倍×以票硎?，高昂的成本也意味著，地外建造所必需的鋼筋、混凝土、水等材料不可能都從地球上“外帶”，只有盡可能利用月球上的天然月壤材料進行原位建造。

　　另外，月球上每年約發(fā)生1000次2~3級的月震，加上宇宙射線的強輻射、太陽風、微隕石沖擊以及月面復雜形貌與地質等，使月面原位建造成為極端復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(huán)境和既有地月關系條件下，充分利用月球原位資源，結合地面成熟的建造技術，創(chuàng)新構建月球人機協(xié)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于登云從月面建造“是什么”“為什么”“做什么”三方面，對未來月面建造作了思考。

　　他在接受《中國科學報》采訪時表示，我國的探月工程目前主要是無人探測，從2003年起步，分三步走——第一步是繞月探測，第二步是著陸巡視探測，第三步是無人采樣返回。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(xù)開展更深層次的探測活動，于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實驗。

　　于登云介紹，目前，探月四期工程正在穩(wěn)步推進中。嫦娥六號擬于2025年前后發(fā)射，并在月球背面軟著陸，開展著陸區(qū)的現場調查分析與月背首次無人采樣返回任務，獲取世界首份月球背面月壤樣品。嫦娥七號將于2026年前后發(fā)射，包括月球軌道器、著陸器、巡視器及飛躍器等。此次發(fā)射著陸區(qū)選址在月球南緯85°以上的南極-艾特肯盆地區(qū)域，擬實現對極區(qū)永久陰影坑水冰原位證認等科學目標。嫦娥八號擬于2028年前后發(fā)射，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。

　　“在月面進行建筑建造，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。”于登云表示，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，盡早著手在月球表面開展建筑建造的研究工作，更好地認清其關鍵問題、核心困難，不斷激發(fā)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，且意義非凡。

　　過程和結果同樣重要

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

　　他將月面建筑命名為“月壺尊”，將完成砌筑拼裝建造工作的機器人命名為“中國超級泥瓦匠”，將用于月球表面原位資源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。”丁烈云說。

　　不過，他也坦言，目前該團隊的研究還處于模擬環(huán)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(huán)境下的實驗數據和結果，因此必須進一步深入開展研究。

　　于登云告訴《中國科學報》，以往大家都知道月球晝夜溫差很大，但對溫差到底有多大缺乏精確數據。我國探測掌握的最新數據是，月球白天最高溫度在120攝氏度左右、夜晚溫度大概在零下200攝氏度左右，因此月晝和月夜溫差大概為300攝氏度，超過此前的估計。如此大的溫差給月面建造帶來了極大挑戰(zhàn)。

　　何時能實現在月球上“蓋房子”？與會專家普遍認為，這需要經歷一個科學家群體不斷上下求索的過程，未必能在一代科學家身上實現。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(zhàn)顯然是必須要做的工作。

　　“科學探索的過程和結果同樣重要，對于很多事關國家和人類生存發(fā)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重要。”丁烈云說。