清華馮鵬教授團(tuán)隊研建月球基地四期，助推我國探月工程

4 月 8 日，我國鵲橋二號中繼衛(wèi)星順利發(fā)射，加速推進(jìn)探月工程四期核心任務(wù)。該項目主要開展月球資源考察及關(guān)鍵技術(shù)驗證，旨為后期建立國際月球科研站奠定基礎(chǔ)。自 2017 年來，清華大學(xué)馮鵬教授領(lǐng)銜的團(tuán)隊便專注于月球基地建設(shè)研究，協(xié)同多院系科研機(jī)構(gòu)開展理論研發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新。近日，團(tuán)隊就月壤固化成形技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)評估并成果發(fā)表于中國工程院院刊 Engineering。

月壤固化成形作為原位建造（ISRU）的核心環(huán)節(jié)，是最大程度運(yùn)用當(dāng)?shù)刭Y源，減少運(yùn)輸與維護(hù)壓力的關(guān)鍵?，F(xiàn)階段，已衍生出約 20 種生產(chǎn)月球建筑材料的技術(shù)方式，具體實(shí)施條件與能達(dá)到的效果亦有所差異。

基本要求是造訪月球的材料須具備經(jīng)濟(jì)性和優(yōu)良性質(zhì)，價廉即需減少資源損耗、節(jié)約能源且便于機(jī)械操作。高效則強(qiáng)調(diào)在月球環(huán)境下依然穩(wěn)定耐用，滿足核心性能需求。

科研團(tuán)隊依照月球建設(shè)要求，將基地劃分為四個階段依次實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)：科研站、科考站、駐留地、棲息地。所計劃建設(shè)的基地包含三類重要實(shí)體目標(biāo)：

場地部分，依據(jù)用途，劃分為強(qiáng)化場地（如航天器著陸臺、柱樁工程）與固化場地（降低月塵損害，提高施工效率與投資收益）兩大類；

防護(hù)結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)對月表惡劣環(huán)境，如強(qiáng)光照射與月塵侵襲，故需采取建造速度快、成本低、保養(yǎng)少的策略設(shè)計；

人類居所，也就是宇航員生活休息的場所，重點(diǎn)在于保證室內(nèi)氣壓、溫度和濕度適中，防御太空輻射、小隕石沖擊以及為長期任務(wù)提供充足的居住空間。

月壤固化成形技術(shù)可按顆粒結(jié)合原理分成四種類別：反應(yīng)固化、燒結(jié)鍛鑄、粘接固化、約束成形。前三類均借助反應(yīng)產(chǎn)物銜接、高溫培育或添加劑銜接實(shí)現(xiàn)顆粒間的契合，而約束成形則需要整體約束來制造部件。

近期研究提出了一種名為 8IMEM 的評估法，以八項指標(biāo)明確各項技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)施程度及其可行性，評分閾值由月球建設(shè)的具體要求驅(qū)動。

通過實(shí)地測試，月壤袋約束成形技術(shù)榮獲冠軍，該技術(shù)所需材料、設(shè)備、能源少，且能迅速制造大體積構(gòu)件，在大規(guī)模原位月球建筑施工中展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

此后便是燒結(jié)鍛鑄類技術(shù)，該技術(shù)基于原地材料加工，包含全面熔鑄工藝，其凝固強(qiáng)度極大，適用于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)打造；太陽能熔鑄技術(shù)，因其能有效收集太陽能源，且能大幅提升能量利用效能，尤適用于低耗能建設(shè)環(huán)境。