“中國超級泥瓦匠”要到月球建房子

月面建造面臨各種極端環(huán)境挑戰(zhàn)，需要一個(gè)聰明強(qiáng)大的機(jī)器人來完成砌筑和拼裝工作，它被稱為“中國超級泥瓦匠”。專家預(yù)測，2028年前后，“中國超級泥瓦匠”將登月采用原位建造方式制備月球磚，用來搭建月面基地。

萬丈高樓平地起，即便在月球上建房子，一樣需要一塊塊磚壘起來。月球上的第一塊磚如何制備出來？4月8日，國內(nèi)百名專家學(xué)者匯聚在華中科技大學(xué)，召開了首屆地外建造學(xué)術(shù)研討會(huì)，討論了相關(guān)問題。

為何要到月球建房子

“中國人將在月球上建造月面基地，這不僅是前人沒有過的壯舉，也是全球其他國家沒有建設(shè)過的。”國家數(shù)字建造技術(shù)創(chuàng)新中心首席科學(xué)家丁烈云說。

中國探月工程四期總設(shè)計(jì)師于登云從兩個(gè)方面分析推進(jìn)“月面建造”的必要性：一是國際發(fā)展態(tài)勢使然。2020年10月13日，美國聯(lián)合七國簽訂阿爾忒彌斯協(xié)議，開發(fā)利用地外資源，月面建造已是各國月球探測與開發(fā)利用必須面對的基本課題；二是中國探月工程的需要。中國探月工程已完成一至三期，探月四期工程目前正在穩(wěn)步推進(jìn)中。嫦娥六號(hào)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(xiàn)場調(diào)查分析與月背首次無人采樣返回任務(wù)，將獲取世界首份月球背面月壤樣品。嫦娥七號(hào)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，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(shí)現(xiàn)對極區(qū)永久陰影坑水冰原位證認(rèn)等科學(xué)目標(biāo)。嫦娥八號(hào)擬于2028年前后發(fā)射，擬開展月球資源原位利用及關(guān)鍵技術(shù)先導(dǎo)驗(yàn)證，可與嫦娥七號(hào)組成我國月球南極的科研站基本型。月面建造相關(guān)技術(shù)的突破，將支撐我國最終實(shí)現(xiàn)長期駐月的夢想。

如何設(shè)計(jì)施工

目前，國家數(shù)字建造技術(shù)創(chuàng)新中心圍繞地外建造開展了三項(xiàng)研究工作，分別是玄武月球基地的星際樂高拼裝建造、月壺尊建筑3D打印建造和月面著陸墊建造。

丁烈云介紹，過去農(nóng)村建房子都是先燒磚，然后再砌墻，這個(gè)可以借鑒到月面建房。未來，我們或用高能束3D打印技術(shù)制造出一個(gè)個(gè)砌塊，然后再像搭積木一樣在月球上建房子。月壺尊是雙層的穹頂結(jié)構(gòu)，涉及12個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，滿足空間最大、應(yīng)力最低、保溫隔熱的要求，而且自重小、用的材料少。航天器在月球表面著陸有尾焰，容易濺起月塵，在真空環(huán)境很難沉下去，需要月面著陸墊來避免月塵的產(chǎn)生。專家通過研究發(fā)現(xiàn)，著陸墊不是越厚越好，超過8厘米會(huì)對結(jié)構(gòu)性能造成影響。

丁烈云指出，和傳統(tǒng)建造不一樣，地外建造需要面對更加復(fù)雜的問題和挑戰(zhàn)。以月球?yàn)槔?，在月球上建房，首先必須克服極端環(huán)境的考驗(yàn)。比如月球處于超高真空環(huán)境，并且存在三四百攝氏度的大溫變，傳統(tǒng)的土木建造方式幾乎無法實(shí)施，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也無法保證。其次，運(yùn)輸一瓶礦泉水重量的材料去月球要花費(fèi)20萬美元，高昂的成本意味著建房所需的鋼筋、混凝土、水等材料不可能都從地球帶，要盡可能利用月球上的天然月壤進(jìn)行原位建造。最后，每年約1000次2至3級的月震、宇宙射線的強(qiáng)輻射、太陽風(fēng)和微隕石沖擊以及月面復(fù)雜形貌與地質(zhì)等，都讓月面原位建造成為極端復(fù)雜且涉及多學(xué)科交叉的超級工程。

丁烈云提出的“燒結(jié)制磚技術(shù)”，無疑是月面資源自給自足的重要手段之一。他表示，我們可以在月球上就地取材，利用月壤燒結(jié)出帶有榫卯結(jié)構(gòu)的月壤磚，再進(jìn)行拼裝建造。月表最低溫度為零下196℃、最高氣溫為120℃，月壤磚能不能承受月表環(huán)境一個(gè)循環(huán)（14天月晝和14天月夜）的考驗(yàn)是關(guān)鍵。目前，研究團(tuán)隊(duì)已用真空燒結(jié)、惰性氣體燒結(jié)、空氣燒結(jié)三種方式制出了模擬月壤磚。其中，在惰性氣體中燒結(jié)強(qiáng)度最高。

施工工人是誰

丁烈云表示，月面建造面臨各種極端環(huán)境挑戰(zhàn)，這需要一個(gè)聰明強(qiáng)大的機(jī)器人來完成砌筑和拼裝工作，這個(gè)機(jī)器人被稱為“中國超級泥瓦匠”。目前，“中國超級泥瓦匠”的雛形——月蜘蛛打印機(jī)器人正在設(shè)計(jì)中。該機(jī)器人體重在50千克以內(nèi)，很像一臺(tái)桌面打印機(jī)，能夠打印與拼裝出幾米高的建筑物。未來經(jīng)過原理樣機(jī)的研發(fā)，完全可以成為真正的“中國超級泥瓦匠”。據(jù)預(yù)測，2028年前后，“中國超級泥瓦匠”將登月采用原位建造方式制備月球磚，用來搭建月面基地。

國家數(shù)字建造技術(shù)創(chuàng)新中心的周誠教授表示，希望“中國超級泥瓦匠”搭載嫦娥八號(hào)進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證。

中國載人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平描繪了2030年前把中國人送上月球的場景：首先用新一代火箭發(fā)射著落器到月球軌道，然后發(fā)射載人飛船到月球軌道和著落器對接，航天員從載人飛船進(jìn)入著落器，著落器落月后航天員出艙，駕駛月球車進(jìn)行科學(xué)考察。航天員完成任務(wù)后回到著落器，乘上升器回到月球軌道與載人飛船對接，載人飛船返回地球。

有人好奇，古人的嫦娥奔月會(huì)不會(huì)在中國人首次登月便成為現(xiàn)實(shí)？周建平說，暫時(shí)沒有辦法回答登月者是男是女，但航天員是最合適的人選。另外，派什么人去和登月任務(wù)有關(guān)，可能是地質(zhì)學(xué)家，也可能是建筑工程師。

周建平還表示，目前，空間站水資源完全實(shí)現(xiàn)了自給自足，但這在月球上是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，原位建造和原位制造是一個(gè)繞不開的路徑。

（《長江日報(bào)》）