為什么設計成榫卯結構？“月壤磚”如何煉成？

“月壤磚”是未來可能用于月球蓋房子的建筑材料，比普通混凝土磚要堅硬得多。再過一段時間，這種“月壤磚”就將搭乘“天舟八號”貨運飛船飛向中國空間站，到太空去做暴露實驗。“月壤磚”跟普通的磚到底有哪些不同？它們為什么要去太空呢？

能在月球蓋房子的“月壤磚”和我們地球的磚一樣嗎？為了找到“月壤磚”中的秘密，記者來到它的研制地——華中科技大學國家數字建造技術創新中心。

國家數字建造技術創新中心、華中科技大學教授周誠：我手上拿的這兩塊磚叫作模擬“月壤磚”，它的成分是我們通過模仿真實月壤的成分，然后去燒結形成的模擬“月壤磚”。日常生活中的建筑用磚一般有紅磚、青磚以及混凝土磚，這些“月壤磚”拿起來密度與普通磚塊相當，但它的抗壓強度卻是普通紅磚、混凝土磚的三倍以上，相當于1平方厘米的面積上能承受1噸多的重量。

周誠介紹道，模擬“月壤磚”的強度比我們地球上用的紅磚、青磚等要高很多，我們看到的這兩塊磚呈現的是榫卯結構，有利于在未來的月球基地建造過程中，我們采用這樣的結構形式進行拼裝建造。“月壤磚”為什么要搭乘“天舟八號”前往中國空間站？“月壤磚”需要經受住怎樣的考驗才能肩負起月球蓋房子的重任呢？專家告訴記者，“月壤磚”的太空之旅有三大關鍵性能要驗證。

要在月面蓋房子，首先就會遭遇溫度劇烈變化的挑戰，月晝溫度超過180℃，月夜又到-190℃。此外，因為沒有大氣保護，大量宇宙輻射和許多微隕石會撞擊到月球表面，同時還有震動頻率高的月震，這些都會對月面建筑材料的力學性能、熱學性能和抗輻射性能等提出苛刻要求。

為了搞清楚“月壤磚”能不能勝任月球造房子的任務，近日，“月壤磚”就要搭乘“天舟八號”貨運飛船前往中國空間站。在完成太空實驗后，第一塊“月壤磚”預計將在2025年年底返回地球。

周誠介紹，驗證“月壤磚”三大關鍵性能包括：一是“月壤磚”的力學性能。因為這個和我們建房子關系最大，就是樣品的力學性能會不會退化。二是“月壤磚”的熱學性能。我們希望知道它的保溫和隔熱的性能怎么樣。三是“月壤磚”的抗輻射性能。因為月球是真空的環境，所以有大量的宇宙輻射，我們也希望了解在宇宙輻射的作用下，“月壤磚”在月球上能不能經受得住。

月球表面復雜的環境對“月壤磚”的性能提出了極高的要求，“月壤磚”又是怎么煉成的呢？

周誠介紹道，采用真空熱壓燒結的方式形成的“月壤磚”，整個過程大概分為三個步驟，第一個步驟，我們需要把模擬月壤進行稱重，稱重之后按照重量放入模具中，但月壤是非常松散的，我們需要在模具的容器里面進行壓制。工程師操作的就是讓它能夠均勻地施壓，然后形成有效的一個坯體。壓力施加完畢后，工程師會把壓制成型的、帶有模擬月壤的模具放到真空熱壓爐中，然后加上隔熱的一些設施。鎖上整個真空實驗裝置以后，就可以把它升溫燒結。

科研人員用實驗室模擬出的月壤材料就類似地球土壤一樣，是分散的，他們需要通過高溫進行燒制，比如采用電磁感應燒結爐可以在10分鐘左右將溫度加熱至1000℃以上，“月壤磚”就燒制完成了。“這個過程中是沒有任何其他的材料添加物的，所以它是100%原位成型工藝方法，這也是在未來月球基地建造中一個非常有潛力的建造方式。”周誠介紹。

在介紹“月壤磚”制作流程時，科研人員提到了一個詞——原位成型工藝方法，也就是說，將來我們建設月球科研站，可以在月球上就地取材，直接利用月壤、太陽能、礦產等月面原位資源來蓋房子，不需要再從地球上運輸預制建筑構件。這樣的方式能夠極大地降低月面建造的成本。這些模擬“月壤磚”將在太空暴露實驗后，為將來真的到月球上蓋房子積累科研數據，從而優化實際方案。

為了充分利用上太空實測的珍貴機會，研究團隊將帶到中國空間站的“月壤磚”設計為柱狀和片狀兩種形態：

柱狀“月壤磚”主要用于力學測試；暴露面積較大的片狀“月壤磚”則用于熱學和輻射效應測試。除了形態不同，這些“月壤磚”還使用了5種不同的模擬月壤成分、3種不同的燒結工藝，為后續月球基地的建設提供更準確的科研數據。

周誠解釋稱：“我們這里面有5種不同的成分，有模擬月海的，也就是我們嫦娥五號落地（月）的地方，那是一種以玄武巖為主的模擬月壤的成分。這里面也有將來為嫦娥八號，包括嫦娥七號，落地在高地的月壤成分，主要是以斜長巖為主。”“跟地球一樣，東北的土是黑土，西北的土是黃土。在月球上也是，在不同的位置、不同區域土壤的顆粒成分都不一樣。我們主要了解在不同的成型工藝下，在空間站的那種環境中，它的退化規律。因為有了退化規律，我們才能夠對材料選擇、工藝的優化提出很好的科學依據。”周誠表示。

◎ 來源|央視新聞客戶端