當前，我國正全面推進探月工程四期，規劃包括嫦娥六號、嫦娥七號和嫦娥八號任務。中國探月工程總設計師吳偉仁院士曾介紹，2024年前后，嫦娥六號要去月球背面采樣；2026年前后，嫦娥七號計劃在月球南極著陸，到月球上去找水；再往后，嫦娥八號不僅要進行月球物質的勘察，還要承擔3D打印蓋房子的工作。最終，要在月球南極建成一個基本型的科研站。到月球建科研站，用什么建？怎么建？月球上低重力、強輻射、溫差大、真空，還不時有月震，而且月面環境復雜、材料單一，這些都讓未來月球上的建造工程成為極具挑戰的超級工程。
探訪國家數字建造技術創新中心
從2015年開始，華中科技大學在國內率先開始了相關的研究工作，一起進入前沿探訪。
在華中科技大學的國家數字建造技術創新中心，實驗室的一個沙盤模擬了未來月球基地的場景。一個像雞蛋殼一樣圓弧結構的建筑就是科研人員設計的月球屋雛形，它有一個生動的名字叫月壺尊。作為建筑物，月壺尊里并沒有承重的四梁八柱，蛋殼頂端是穹頂結構，蛋殼體分內外兩層，中間夾雜了一層加肋結構，增強穩定性。
國家數字建造技術創新中心、華中科技大學教授 周誠：月面的建造主要受到當地極端環境條件的限制，比如小重力環境、真空環境，同時還有月震、劇烈變化的溫度條件，月晝溫度超過180℃，月夜又到-190℃。這些環境非常苛刻，可能對我們的月面建筑的結構、材料，以及使用過程產生非常大的影響。
團隊介紹，雞蛋殼一樣的殼體結構可以保持更好的穩定性，同時，投放進蛋殼內的氣囊可以自動展開，這層結構具有很好的保溫隔熱性能，可以形成真正的居住空間。
國家數字建造技術創新中心、華中科技大學教授 周誠：我們希望使用材料越少越好，這樣它的自重就比較輕，同時要進一步提高它的強度。相關的成果也剛剛發表在一個國際頂級的期刊上，為我們找到一種好的構型，能夠適應月面的極端環境來做一些研究工作。
“月壤磚”從何而來？如何燒制？
“運輸一瓶礦泉水重量的材料去月球要花費20萬美元”，人們用這個高昂的成本來比擬星際運輸。這意味著科研團隊只能盡可能利用月球材料進行原位建造，也就是利用月壤作為建造材料，那又該如何燒制“月壤磚”呢？
總臺央視記者 張春玲：要想在月球上蓋房子，很重要的一個步驟就是我們首先要有材料。而月球上就是月壤，月壤通過什么樣的方式可以燒結成為磚？在實驗室，我們看到，一些研發人員在對如何燒結成月壤磚進行測試。
華中科技大學土木與水利工程學院學生 汪朋霖：電磁感應燒結爐是通過將電能轉化成熱能的方式，對模具進行加熱。我們平時在使用的過程中，將月壤的材料放在坩堝中間，就能對其進行均勻加熱以及升溫。
科研人員用實驗室模擬出的月壤材料就類似沙土一樣，是分散的，他們需要通過高溫進行燒制，電磁感應燒結爐可以將溫度加熱至1000℃以上，十分鐘左右，一個長18厘米的模擬月球磚就燒制完成了。而同一個實驗室的另一個實驗區在嘗試另一種燒磚制備方式。
華中科技大學土木與水利工程學院 博士研究生 韓文彬：我們主要采用一種真空燒結的方式，對模擬月壤進行燒結成型。我們采用的石墨模具，內部有一個直徑18毫米的空腔。我們首先將模擬月壤的粉末裝填在內部，以石墨的壓頭對它進行壓實，壓實之后，再把它整個組裝好；然后連同石墨模具，放到一個真空的燒結爐內部進行燒結。這個燒結爐的真空度可以達到10的負2次方帕，它主要是采用一種電加熱，內部分布有10根加熱棒，它是硅鉬材料，通電之后就可以產生熱量。我們將模擬月壤和石墨放置在爐子內部，熱量就可以在抽真空之后，通過熱輻射的方式對材料進行加熱。
科研人員介紹，燒制一爐真空環境的模擬月球磚大概需要24小時，之所以探索這種真空的燒結測試，也是源于月球的真空環境進行一種模擬探索。
華中科技大學土木與水利工程學院學生 李淵：我們是通過一個菲涅爾透鏡，把太陽光聚焦在一個點上，將來這個點上放的是月壤，通過聚焦點的高溫把月壤燒結成磚。在月球上，一個白天的時間是比較長的，非常有利于在月球上進行太陽能燒結建造。
“超級泥瓦匠” 3D打印建造“月球屋”
磚有了，怎么蓋房子？用人力顯然無法實現。只能靠自動化的機器和設備實現。科研團隊在研究初期就發現，使用3D打印技術，是一個可以探索的路徑。現在就讓我們看看，這些“超級泥瓦匠”如何建造“月球屋”。
華中科技大學土木與水利工程學院學生陳權要：我們要利用月面原位資源來建造月壺尊基地，我們配置了跟月壤性質類似的材料，配置以后，完成月面基地3D打印的建造。針對我們打印完的成品，首先要將打印的結構和設計的結構進行對比，判斷它的打印精度，識別出誤差后，再進行調整，方便下一次打印實驗。
當然月球基地的建造方案也是多種多樣的。如月球上工作的蜘蛛機器人通過真空燒磚、組裝、連接等，像搭樂高積木一樣建造月球家園。為了能夠讓月球基地更加結實，科研人員還創造性的在全球首次提出用中國傳統建筑的榫卯結構來搭建月球屋。中國建筑的匠人智慧與現代科技實現了完美結合。現在，月球屋從材料到燒制工藝，到施工方案，以及機器人設備研發都在同步推進。這些技術的進步，對我們地球工程技術的發展也將產生重要影響。最后，仰望星空，讓我們通過一張科學家繪制的月球基地圖，來暢想人類的未來吧！
在月球上建設科研站，相關的研究還在持續推進。也有方案提出，把月球熔巖管道洞穴用于月球科研站建設，以避免巨大溫差、高強度輻射和隕石撞擊等安全隱患，還能利用月球熔巖管道建設月球農場。究竟將來會用哪種方案，建設月球科研站，目前還在進一步研究論證。隨著科學技術的不斷進步，關于月球，關于對月球的探索，甚至對更遠深空的探索，人類還有無限暢想，也有著無限的可能。
（總臺央視記者 張春玲 倪晶依 楊瑤 徐之昊 趙雄）
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