月球家园的梦想：构建太空前哨的挑战与探索

自人类首次踏足月球起，月球就不再是遥不可及的天体，而是成为我们探索宇宙的跳板，以及人类潜在的居住地。目前，多国空间机构和私营公司正致力于月球表面建造栖息地的探索。

我们知道，月球没有大气层保护，白天气温可超过120℃，夜晚又能低于-180℃，并且每年发生约1 000次2级或3级的月震，又有宇宙射线和微陨石的不断轰击，所以要想实现建造月球家园的梦想，找到合适的建筑材料是最大的挑战。

地球上一般的建筑材料显然适应不了月球上的恶劣环境，即使科学家能够研制出一些特殊的材料，仅运输成本就是天价。中国科学院丁烈云院士说：“将与一瓶矿泉水一样重的材料运到月球，要花费20万美元。”所以，在月球上建房的最佳方案，不是从地球上运输材料过去，而是“原位成型工艺方法”，即利用月球上的太阳能、矿产和月壤等月面原位资源来盖房子。

近期，国家数字建造技术创新中心、华中科技大学周城教授和他的团队，在原位资源利用方面有了较大突破，他们通过模仿真实月壤的成分，制造出了多种“月壤砖”。

月壤，即覆盖在月球表面的细碎岩石和尘埃，几乎遍布整个月球，取材方便，但非常松散。可是，月球上既没有水，也没有氧气，无法使用混凝土浇灌，也无法烧砖。那么，他们是如何制造砖块的呢？

原来，研究人员是通过真空装置高温烧制月壤砖的。比如用电磁炉烧制，首先要制好相关模具，再将月壤称重，将其放入适合的模具中进行均匀放压，形成一个坯体，再把压制成型的月壤砖连同模具一起放在真空的电磁烧结炉内，加热至1 000℃以上，10分钟左右，“月壤砖”就烧制完成了。

模具不同，月壤砖的形状也不同。目前，研究人员共研制成了柱形、长条形、凹形、凸形等不同形状的月壤砖。因为在月球上砌筑房屋，不能像在地球上一样用水泥砂浆来稳固，所以制作不同形状的月壤砖，是想运用中国传统的榫卯结构来砌筑建筑。

榫卯是中国古代极为精巧的发明，这种构件连接方式不但可以承受较大的荷载，而且允许产生一定的变形，在地震荷载下通过变形抵消一定的地震能量，减小结构的地震响应。这样，只需组装、连接月壤砖，就能像搭乐高积木一样建造月球家园。

另外，月壤与土壤一样，地理位置不同，其成分也不一样，有的地方是以玄武岩为主，有的地方是以斜长岩为主。为了便于就地取材，研究人员模仿月球上不同地理位置的月壤各制作了一种月壤砖，而且运用了5种不同的月壤成分、3种不同的烧结工艺。这样一来，相关实验就能获取更为准确的科研数据。

月壤砖的密度与普通砖块差不多，但抗压强度却是普通砖块的3倍以上，相当于1平方厘米的面积上能承受1吨多的重量。那么，这些月壤砖能适应月球环境吗？

为了验证相关性能，研究人员选择了片状和柱体等3块月壤砖样品，将搭乘“天舟八号”货运飞船前往中国空间站，要在月球上做3年暴露实验后，才有望得到答案。

如果月壤砖适应月球上的环境，就可以用机器人通过真空烧砖，或直接用3D打印技术制造砖块，在月球上建造房屋了。不过，人们要想在月球上居住，除了要考虑月壤砖的退化规律外，还将面临失重环境、氧气和水资源的供给、月球资源的所有权与开发权分配，以及国际合作框架的建立等诸多挑战。