随着我国探月工程的不断推进，在月亮上盖房子也成为探月工程的一个规划目标。既然要盖房子，就需要建筑材料，“月壤砖”的研究也被提上日程。2024年9月1日，在《开学第一课》节目中，科学家团队带来了最新研制的月壤砖，让人新奇不已。
在月球上盖房子，并非遥不可及
月面建造是随着人类登月活动的展开而被提出的。1969年，在人类首次登月后，引发了世界对月面建造技术的研究热潮。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。
但是，相比于传统建造，月面建造面对的问题和挑战非常复杂。首先是要克服弱重力、强辐射等极端环境的考验。其次，月球处于超高真空环境，并存在三百多摄氏度的温差，传统土木建造方式几乎无法实施，结构稳定性也无法保证。另外，高昂的成本也意味着，从地球上向月球运输钢筋、混凝土、水等建筑材料也不切实际。除此之外，因为没有大气层的保护，宇宙射线的强辐射、太阳风、微陨石等会撞击月球表面，同时月球每年约有1000次2-3级的月震。这些都会对月面建筑材料的力学性能、热学性能和抗辐射性能提出苛刻要求。
月球表面
面对这个人类共同的技术课题，我国科学家提出了自己的思考，就是在现有条件下，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。
2015年，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，但存在大尺寸结构一次性成型困难、耗能大等问题。华中科技大学团队为了解决这一问题，借鉴了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，利用模拟月壤粉烧出带有榫卯结构的月壤砖，再用机器人砌筑，这样，即便一个砌块打印坏了，也只影响一块。基于此技术，他们设计了月面建筑的雏形——一个像蛋壳一样的双层穹顶结构，取名为“月壶尊“；负责打印和拼装的“中国超级泥瓦匠”——月蜘蛛打印机器人也正在设计中。
月壶尊设计示意图
“中国超级泥瓦匠”机器人雏形
可喜的是，模拟“月壤砖”烧制获得初步成果，国内首个"月壤砖"已被制备出来，并计划通过天舟八号送往中国空间站，进行太空暴露试验。在完成太空试验后，第一块“月壤砖”预计将在2025年年底返回地球。
模拟月壤砖示意图
这些模拟月壤砖在空间站上验证的三大关键性能包括：“月壤砖”的力学性能经历暴露实验后会不会退化，这一性能和建房子关系最大；“月壤砖”热学性能会因为巨大的温差产生什么变化，这样可以了解它的保温和隔热性能如何；“月壤砖”在空间站上收到大量宇宙辐射的影响后会不会发生变化。这三大性能是这次“月壤砖”在空间站完成暴露实验研究的重点，这将为中国进一步探索月球作出重大贡献。
月壤砖，月面原位建造的关键材料
月壤就是月球表面的土壤，月面原位建造技术就是要充分利用月壤资源，就地取材或者一次性供给后能够实现自我循环。而“烧结制砖技术“是实现这种月面资源自给自足的重要手段之一。我国科学家团队采用了模拟月壤烧结试验，目前已经完成模拟月壤的三种烧结试验，分别为真空烧结、惰性气体烧结、空气烧结。
其中，模拟月壤在惰性气体中烧结强度最高，能达到100多兆帕。而真空烧结是采用石墨模具，需要对模拟月壤称重，按照重量将模拟月壤粉末装填在模具内部一个直径18毫米的空腔中，以石墨的压头对它进行压实，压实之后，再把它整个组装好；然后连同石墨模具，放到一个真空的烧结炉内部进行烧结。烧结炉的真空度可以达到10的负2次方帕，它主要是采用一种电加热，内部分布有10根硅钼材料的加热棒，通电之后就可以产生热量。模拟月壤和石墨被放置在炉子内部，热量就可以在抽真空之后，通过热辐射的方式对材料进行加热。烧制一炉真空环境的模拟月球砖大概需要24小时。还有一种方式是空气烧结，指模拟月壤在大气环境下进行的烧结过程，适用于那些不需要防止氧化或对氧化不敏感的材料。
模拟月壤粉
另外，科学家团队还进行了其他烧结试验。例如采用电磁感应烧结炉的方式进行烧结。月壤材料被放在坩埚中间，通过电能转化为热能的方式，电磁感应烧结炉可以将温度加热到1000℃以上，对模具进行加热，十分钟左右，一个长18厘米的模拟月球砖就烧制完成了。再如，有的实验团队通过一个菲涅尔透镜，把太阳光聚焦在一个点上，将来这个点上放的是月壤，通过聚焦点的高温把月壤烧结成砖。
除了探索月壤烧结制砖技术，这些模拟月壤砖能否经受住月球上的极端环境考验，也是当前研究的重点。众所周知，月表最低温度-196℃、最高气温120℃，这些模拟月壤砖需要通过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），才能验证其性能是否可靠。
在月球上盖房子是人类的一个伟大而美丽的梦想，随着科学技术的不断进步，关于对月球的探索，甚至对更远深空的探索，人类还将有无限畅想，也有着无限的可能。
部分信息来源于科学网、央视网、新华网等（科学性审核：郑永春，空间科学传播专家工作室）