為何設計成榫卯結構？專家揭秘即將赴太空的“月壤磚”

“月壤磚”是未來可能用于月球蓋房子的建筑材料，比普通混凝土磚要堅硬得多。再過一段時間，這種“月壤磚”就將搭乘“天舟八號”貨運飛船飛向中國空間站，到太空去做暴露實驗。“月壤磚”跟普通的磚到底有哪些不同？它們為什么要去太空呢？

“月壤磚”：一塊不普通的“磚”

能在月球蓋房子的“月壤磚”和我們地球的磚一樣嗎？為了找到“月壤磚”中的秘密，記者來到了它的研制地——華中科技大學國家數字建造技術創新中心。

國家數字建造技術創新中心、華中科技大學教授 周誠：我手上拿的這兩塊磚叫做模擬“月壤磚”，它的成分是我們通過模仿真實月壤的成分，然后去燒結形成的模擬“月壤磚”。

日常生活中的建筑用磚一般有紅磚、青磚以及混凝土磚，這些“月壤磚”拿起來密度與普通磚塊相當，但它的抗壓強度卻是普通紅磚、混凝土磚的三倍以上，相當于1平方厘米的面積上能承受10多噸的重量。

國家數字建造技術創新中心、華中科技大學教授 周誠：模擬“月壤磚”的強度比我們地球上用的紅磚、青磚等要高很多，我們看到的這兩塊磚呈現的是榫卯結構，有利于在未來的月球基地的建造過程中，我們采用這樣的結構形式進行拼裝建造。

太空之旅

驗證“月壤磚”三大關鍵性能

“月壤磚”為什么要搭乘“天舟八號”前往中國空間站？“月壤磚”需要經受住怎樣的考驗才能肩負起月球蓋房子的重任呢？專家告訴記者，“月壤磚”的太空之旅有三大關鍵性能要驗證。

要在月面蓋房子，首先就會遭遇溫度劇烈變化的挑戰，月晝溫度超過180℃，月夜又到-190℃。此外，因為沒有大氣保護，大量宇宙輻射和許多微隕石會撞擊到月球表面，同時還有震動頻率高的月震，這些都會對月面建筑材料的力學性能、熱學性能和抗輻射性能都提出苛刻要求。

為了搞清楚“月壤磚”能不能勝任月球造房子的任務，近日，“月壤磚”就要搭乘“天舟八號”貨運飛船前往中國空間站。在完成太空實驗后，第一塊“月壤磚”預計將在2025年年底返回地球。

國家數字建造技術創新中心、華中科技大學教授周誠介紹，驗證“月壤磚”三大關鍵性能包括：

“月壤磚”的力學性能。因為這個和我們建房子關系最大，就是樣品的力學性能會不會退化。“月壤磚”的熱學性能的變化。我們希望知道它的保溫和隔熱的性能怎么樣。輻射作用對“月壤磚”的影響。因為月球是真空的環境，所以有大量的宇宙輻射，我們也希望了解在宇宙輻射的作用下，“月壤磚”在月球上能不能經受得住。

實驗室揭秘“月壤磚”如何煉成

月球表面復雜的環境對“月壤磚”的性能提出了極高的要求，“月壤磚”又是怎么煉成的呢？

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國家數字建造技術創新中心、華中科技大學教授 周誠：采用真空熱壓燒結的方式形成的“月壤磚”，整個過程大概分為三個步驟，第一個步驟，我們需要把模擬月壤進行稱重，稱重之后按照重量放入模具中，但月壤是非常松散的，我們需要在模具的容器里面進行壓制。

國家數字建造技術創新中心、華中科技大學教授 周誠：工程師操作的就是讓它能夠均勻地施壓，然后形成有效的一個坯體。壓力施加完畢后，工程師會把壓制成型的、帶有模擬月壤的模具放到真空熱壓爐中，然后加上隔熱的一些設施。鎖上整個真空實驗裝置以后，就可以把它升溫燒結。

科研人員用實驗室模擬出的月壤材料就類似地球土壤一樣，是分散的，他們需要通過高溫進行燒制，比如采用電磁感應燒結爐可以在十分鐘左右將溫度加熱至1000℃以上，“月壤磚”就燒制完成了。

國家數字建造技術創新中心、華中科技大學教授 周誠：這個過程中是沒有任何其他的材料添加物的，所以它是100%原位成型工藝方法，這也是在未來月球基地建造中的一個非常有潛力的建造方式。

太空實驗助力“月壤磚”研究闖難關

在介紹“月壤磚”制作流程時，科研人員提到了一個詞——原位成型工藝方法，也就是說，將來我們建設月球科研站，可以在月球上就地取材，直接利用月壤、太陽能、礦產等月面原位資源來蓋房子，不需要再從地球上運輸預制建筑構件。這樣的方式能夠極大地降低月面建造的成本。這些模擬“月壤磚”將在太空暴露實驗后，為將來真的到月球上蓋房子積累科研數據，從而優化實際方案。

國家數字建造技術創新中心、華中科技大學教授 周誠：這就是馬上要跟隨天舟八號貨運飛船在空間站當中去做暴露實驗的樣品。這些都是模擬月壤燒結的樣品，一共分為三塊樣品板，實際上我們設計的整個暴露時間是三年，所以每隔一年我們會下行一塊樣品板，帶著在空間站暴露之后的樣品返回地球，然后再來做相關的實驗。

為了充分利用上太空實測的珍貴機會，研究團隊將帶到中國空間站的“月壤磚”設計為柱狀和片狀兩種形態：

柱狀“月壤磚”主要用于力學測試；暴露面積較大的片狀“月壤磚”則用于熱學和輻射效應測試。

除了形態不同，這些“月壤磚”還使用了5種不同的模擬月壤成分、3種不同的燒結工藝，為后續月球基地的建設可以提供更準確的科研數據。

國家數字建造技術創新中心、華中科技大學教授 周誠：我們這里面有5種不同的成分，有模擬月海的，也就是我們嫦娥五號落地（月）的地方，那一種以玄武巖為主的模擬月壤的成分。這里面也有將來為嫦娥八號，包括嫦娥七號，落地在高地的月壤成分，主要是以斜長巖為主。

國家數字建造技術創新中心、華中科技大學教授 周誠：跟地球一樣，東北的土是黑土，西北的土是黃土。在月球上也是，在不同的位置、不同區域土壤的顆粒成分都不一樣。我們主要了解在不同的成型工藝下，在空間站的那種環境中，它的退化規律。因為有了退化規律，我們才能夠對材料選擇、工藝的優化提出很好的科學依據。