月亮上盖房子不是梦！一群中国“泥瓦匠”开始动手了

“中国超级泥瓦匠”机器人雏形。

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华中科技大学举办，百余专家学者齐聚一堂，探索如何在月球“建房子”。国家数字建造技术创新中心首席科学家丁烈云院士、中国载人航天工程总设计师周建平院士、中国探月工程四期总设计师于登云院士表示，希望“中国超级泥瓦匠”能够在月球上就地取材，用月壤烧结方式在月球上做一个人工造物——月壤砖。如果这块砖能够原位造出来，就打通了一条技术路线，建造月面玄武基地也将成为现实。

专家预测，2028年前后“中国超级泥瓦匠”将登月采用原位建造方式制备第一块月壤砖，成为搭建月面基地建筑材料。

1 为何要建?

国际发展态势使然，中国探月工程的需要

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。

1969年，人类首次登月，世界掀起了一轮月面建造的热潮，各种月面建造技术开始提出，当时提出的技术路径是全部地面研制，运载发射，月面直接应用。1993年到2018年，月面建造研究得到进一步发展，美国宇航局提出“月球前哨”概念，欧洲航天局提出“月球栖息地”构想，主要技术路径是地面研制为主，月面展开部署，月面扩建维护。

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。

于登云从两个方面分析推进“月面建造”的必要性:一是国际发展态势使然。2020年10月13日，美国联合七国签订阿尔忒弥斯协议，开发利用地外资源，月面建造已是各国月球探测与开发利用必须面对的基本课题。二是中国探月工程的需要。中国探月工程已完成一到三期，目前探月四期工程正在稳步推进中。

2 怎么建?

利用月壤砖，像搭“乐高”一样盖房子

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。

据悉，国家数字建造技术创新中心围绕地外建造开展了三项研究工作，分别是玄武月球基地的星际乐高拼装建造、月壶尊建筑3D打印建造和月面着陆垫建造。

丁烈云介绍，过去农村建房子都是先烧砖，然后再砌墙，这个可以借鉴到月表建房。设想未来用高能束3D打印技术制造出一个个的砌块，即便一个砌块打印坏了，也只影响一块，然后再像搭积木一样在月球上建房子。

月壶尊是双层的穹顶结构，涉及12个设计参数，满足空间最大、应力最低、保温隔热的要求，而且自重小、用的材料少。航天器在月球表面着陆有尾焰，容易溅起月尘，在真空环境很难沉下去，需要月面着陆垫来避免月尘的产生。

3 用啥建?

材料不能“外带”，只能利用天然月壤材料原位建造

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。在月球上实施建造，首先必须克服极端环境的考验。其次，月球拥有超高真空环境，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，地外建造所必需的钢筋、混凝土、水等材料不可能都从地球上“外带”，只有尽可能利用月球上的天然月壤材料进行原位建造。

另外，月球上每年约发生1000次2～3级的月震，加上宇宙射线的强辐射、太阳风、微陨石冲击以及月面复杂形貌与地质等，使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。

周建平介绍，人员要在月球长期驻留，就要实现原位资源的利用开发，优先追求就地取材或者一次性供给后的自我循环，丁烈云的“烧结制砖技术”无疑是月面资源自给自足的重要手段之一。

“月壤砖的烧结问题如何处理?”丁烈云解释，目前已经完成模拟月壤的三种烧结试验，具体为真空烧结、惰性气体烧结、空气烧结，其中在惰性气体中烧结强度最高，能达到100多兆帕。真空环境下，月壤砖最佳烧结的温度是1000℃到1100℃之间，如果加压的话，烧结的时间花得更少。

这些模拟月壤砖能不能在月球上使用?丁烈云在试验中也遇到难题。他说，月表最低温度零下196℃、最高气温120℃，能不能承受月表环境一个循环的考验(一个循环指14天月昼和14天月夜)，在试验中发现在高低温循环中模拟月壤砖强度没有下降，反而上升了。按照常理强度应该是下降的，至今还在寻找强度上升的原因。

4 怎么开工?

先获取世界首份月球背面月壤样品

“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，对未来月面建造作了思考。

他表示，我国的探月工程目前主要是无人探测，从2003年起步，分三步走——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实验。

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，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，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。

5 多久建成?

一个“从0到1”的过程，也许需要20至30年

“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。

于登云进一步分析认为，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，且意义非凡。

6 谁来施工?

“中国超级泥瓦匠”是机器人

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。

于登云表示，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。

周建平向与会者描绘了2030年前把中国人送上月球的场景:首先要用新一代火箭发射20多吨重的着落器到月球轨道，然后从地面发射载人飞船到月球轨道和着落器对接，航天员从载人飞船进入着落器，着落器落月后航天员出舱，驾驶月球车进行科学考察。航天员完成任务后回到着落器，乘上升器回到月球轨道与载人飞船对接，载人飞船返回地球。

周建平表示，目前空间站水资源完全实现了自给自足，但要是在月球上仅仅实现水资源的自给自足远远不够，原位建造、原位制造是一个绕不开的路径。

上月球建房的“中国超级泥瓦匠”长这样

●体重必须在50千克以内，很像一台桌面打印机，只不过它吃进去的是月壤，吐出来的是一块块月壤砖。这样就可以完全在月面就地取材，无需人工参与。

●“中国超级泥瓦匠”有一个英文名字Chinese Super masons。目前“中国超级泥瓦匠”的雏形——月蜘蛛打印机器人正在设计中，该机器人将能够打印与拼装出几米高的建筑物，设计还在不断改进，未来经过原理样机的研发，完全可以成为“中国超级泥瓦匠”。

月球造房不利因素

●昼夜温差大-200℃到120℃

●真空环境

●时间更长和频率更高的“月震”

●陨石冲击

●宇宙射线的强辐射

●月表重力改变材料与结构的受力状态

●材料比较单一

●没有液态水

整合:黄亚岚