月球家園的夢想：構建太空前哨的挑戰與探索

自人類首次踏足月球起，月球就不再是遙不可及的天體，而是成為我們探索宇宙的跳板，以及人類潛在的居住地。目前，多國空間機構和私營公司正致力于月球表面建造棲息地的探索。

我們知道，月球沒有大氣層保護，白天氣溫可超過120℃，夜晚又能低于-180℃，并且每年發生約1 000次2級或3級的月震，又有宇宙射線和微隕石的不斷轟擊，所以要想實現建造月球家園的夢想，找到合適的建筑材料是最大的挑戰。

地球上一般的建筑材料顯然適應不了月球上的惡劣環境，即使科學家能夠研制出一些特殊的材料，僅運輸成本就是天價。中國科學院丁烈云院士說：“將與一瓶礦泉水一樣重的材料運到月球，要花費20萬美元。”所以，在月球上建房的最佳方案，不是從地球上運輸材料過去，而是“原位成型工藝方法”，即利用月球上的太陽能、礦產和月壤等月面原位資源來蓋房子。

近期，國家數字建造技術創新中心、華中科技大學周城教授和他的團隊，在原位資源利用方面有了較大突破，他們通過模仿真實月壤的成分，制造出了多種“月壤磚”。

月壤，即覆蓋在月球表面的細碎巖石和塵埃，幾乎遍布整個月球，取材方便，但非常松散。可是，月球上既沒有水，也沒有氧氣，無法使用混凝土澆灌，也無法燒磚。那么，他們是如何制造磚塊的呢？

原來，研究人員是通過真空裝置高溫燒制月壤磚的。比如用電磁爐燒制，首先要制好相關模具，再將月壤稱重，將其放入適合的模具中進行均勻放壓，形成一個坯體，再把壓制成型的月壤磚連同模具一起放在真空的電磁燒結爐內，加熱至1 000℃以上，10分鐘左右，“月壤磚”就燒制完成了。

模具不同，月壤磚的形狀也不同。目前，研究人員共研制成了柱形、長條形、凹形、凸形等不同形狀的月壤磚。因為在月球上砌筑房屋，不能像在地球上一樣用水泥砂漿來穩固，所以制作不同形狀的月壤磚，是想運用中國傳統的榫卯結構來砌筑建筑。

榫卯是中國古代極為精巧的發明，這種構件連接方式不但可以承受較大的荷載，而且允許產生一定的變形，在地震荷載下通過變形抵消一定的地震能量，減小結構的地震響應。這樣，只需組裝、連接月壤磚，就能像搭樂高積木一樣建造月球家園。

另外，月壤與土壤一樣，地理位置不同，其成分也不一樣，有的地方是以玄武巖為主，有的地方是以斜長巖為主。為了便于就地取材，研究人員模仿月球上不同地理位置的月壤各制作了一種月壤磚，而且運用了5種不同的月壤成分、3種不同的燒結工藝。這樣一來，相關實驗就能獲取更為準確的科研數據。

月壤磚的密度與普通磚塊差不多，但抗壓強度卻是普通磚塊的3倍以上，相當于1平方厘米的面積上能承受1噸多的重量。那么，這些月壤磚能適應月球環境嗎？

為了驗證相關性能，研究人員選擇了片狀和柱體等3塊月壤磚樣品，將搭乘“天舟八號”貨運飛船前往中國空間站，要在月球上做3年暴露實驗后，才有望得到答案。

如果月壤磚適應月球上的環境，就可以用機器人通過真空燒磚，或直接用3D打印技術制造磚塊，在月球上建造房屋了。不過，人們要想在月球上居住，除了要考慮月壤磚的退化規律外，還將面臨失重環境、氧氣和水資源的供給、月球資源的所有權與開發權分配，以及國際合作框架的建立等諸多挑戰。