國際月球科研站概念圖。深空探測實驗室供圖
深空探測實驗室展廳內的中國首次火星探測火星全球影像圖。本報記者康樸攝
研究人員在月壤3D打印系統前進行科研工作。深空探測實驗室供圖
在月球蓋房子，要從地球運建材嗎？
長期留駐月球，飲用水也要地球“發貨”、飛船“快遞”嗎？
“有望在月球上就地取材！”走進位于安徽合肥的深空探測實驗室，記者從科研人員口中聽到令人振奮的消息。
2022年，國家航天局、安徽省、中科大三方共建深空探測實驗室。3年多來，從無到有、從“0”到“1”，深空探測實驗室產出一批未來感十足的科技成果，鐫刻下一個又一個探索無垠星空的時代坐標。
日前，記者來到深空探測實驗室探訪。
建房飲水月球上就地取材
科研人員的底氣，來自兩項創新成果。
先看蓋房子。
“這是我們3D打印的模擬月壤磚。”深空探測實驗室未來院高級工程師、“月壤3D打印系統”技術負責人楊洪倫指著一塊黑色方磚說，“用‘月壤打磚機’實現‘月球自建房’，我們已經有了一定的技術儲備。”
此前，記者見識過各式各樣的3D打印，小到工業構件，大到各類建筑物，應用領域不斷拓展。沒想到，在月球上也將看到這項技術。
楊洪倫帶記者來到“月壤3D打印系統”前說：“給你看看‘家底’！”楊洪倫介紹，這套3D打印系統可以利用聚光太陽能，將月壤高溫熔融制成月壤磚。它有兩大特性，一是采用月壤作為唯一原材料，不需要從地球攜帶任何輔料，這樣可以做到真正的原位資源利用，實現用月球的土建月球房；二是可以自定義打印頭移動路徑，從而打印出任意形狀的月壤構件，滿足建造需求。
月球氣候環境惡劣，給科研人員帶來重重困難。“研制初期我們面臨的核心挑戰是如何在月球極端環境制約下，實現可靠的太陽能聚光與月壤成型。”楊洪倫表示，為讓設備能適應月球復雜的天體氣候，深空探測實驗室團隊系統對比了多種技術路線，比如聚光方面論證了菲涅爾透鏡、薄膜透鏡、反射式聚光器等，月壤成型方面論證了粉末燒結，高溫熔融、黏結固化等。通過一系列驗證試驗，科研團隊最終選用“反射聚光—光纖束傳能—粉末床熔覆成型”的技術路線，攻克了能量捕獲傳輸到打印成型的全鏈條難題。
“‘月壤3D打印系統’原理樣機成功研制，不僅驗證了月面能源捕獲、月壤物質提取轉化等一系列關鍵技術，也為后續開展深空資源開發利用、月面能源系統建設奠定了技術基礎。”楊洪倫說。
再看飲水。長期留駐月球，飲用水供應如何解決？
月球上也將安排“自來水”，無需地球“發貨”。“深空探測實驗室聯合哈爾濱工業大學開發了國內首臺群針式月壤水冰熱提取系統原理樣機，可以實現從月壤里原位提取水冰。”深空探測實驗室未來技術研究院副研究員、“月壤水冰提取系統”技術負責人祖琳介紹。
研究表明，月球極區可能蘊藏著大量的水冰資源。這些水冰資源不僅可以為未來國際月球科研站提供生保物資（如飲用水、氧氣），還可通過分解制備氫氧燃料，支撐深空探測任務的能源需求，從而降低從地球運輸物資的成本和風險。
“我們采用了群針原位鉆進加熱的技術方案，由多根螺旋鉆針協同作業，鉆進堅硬的含冰月壤后原位加熱，使周圍的固態冰受熱轉化為水蒸氣，這些水汽經由系統特制的導流通道輸送至冷凝器，在低溫作用下重新凝華為固態冰，從而完成收集過程。該系統克服了含冰月壤硬度高難開挖，以及真空低溫環境下稀薄水汽難以收集等難題，水冰提取效率高且能耗較低，主要技術指標達到國際先進水平。”祖琳說。
支撐人類向更深遠太空邁進
在深空探測實驗室展廳中央，一大一小兩枚衛星模型上下排布。
“這是實驗室牽頭研制的天都一號、二號衛星。”深空探測實驗室總體技術研究院工程師龔明宇說，“天都雙星”在去年3月成功發射，衛星進入月球軌道后兩星分離，完成了多項任務，其中就包括高可靠傳輸與路由新技術驗證，為未來構建月球及深空互聯網等功能探路，支撐月球科研站建設。
“如果未來有一天，可以在月球上自由地上網，‘天都雙星’將會樹起一座豐碑，這是我們邁向地月空間建設通導網絡的第一步，衛星雖小，但意義重大。”龔明宇說。
月球3D打印房、月球“自來水”、月球網絡……諸多原創成果都與月球有關。深空探測實驗室為何首先把目光瞄向這里？
“深空探測是對地球以外天體開展的空間探測活動，而月球是深空探測的起點。”深空探測實驗室系統研究院戰略室主任任筱強表示，從太陽系的空間尺度來看，月球與地球38萬公里的距離非常“近”，但月球的各項條件并不適合人類生存，也較難改造，但它可以成為人類在太空中的“中轉站”，經過月球，人類可以向更深遠的太空繼續邁進。
深空探測實驗室的目光，已經投向太空更深處。比如火星取樣返回（天問三號）任務，實驗室就有參與。
天問三號行星保護系統技術負責人于秉坤向記者介紹了有關情況，一是牽頭天問三號行星保護系統研制工作。火星采樣返回需要防止地球和火星體受到有害生物污染，同時保護火星樣品的原始性，主要圍繞如何“保護火星”“保護地球”“保護樣品”開展深入論證和研究，做好各項保護工作；二是天問三號著陸點遴選關鍵技術和深化論證研究。在行星探測首席科學家侯增謙院士帶領下，圍繞天問三號第一科學目標探尋火星上潛在的生命痕跡，聯合國內多家科研機構和科學家，初步篩選出分布在克律塞平原和烏托邦平原的19個候選著陸區域。下一階段，實驗室將進一步建立科學評價指標體系以遴選出高科學價值候選點，為天問三號任務工程總體決策提供支撐。
聚焦月球科研站建設、火星取樣返回、木星系探測，這是實驗室深度參與國家深空探測“三步走”規劃。
“當前，實驗室主要開展月球探測、行星探測、小行星探測與防御等領域的重大工程立項論證和相關預研課題研究工作，聚焦深空技術、深空科學、深空資源和深空安全4大領域，提出深空總體技術、深空能源動力、深空智能控制等12個技術方向，利用新型研發機構獨特優勢，實現深空探測領域科學、工程、技術融合發展。”任筱強說。
加強國際合作共同探索宇宙奧秘
作為世界上最具有挑戰性和帶動性的高技術之一，深空探測活動在刷新人類對宇宙認知、變革生產生活方式、拓展人類生存疆域和維護可持續長遠發展等方面具有重大意義。
3年來，深空探測實驗室的航天人以科技創新為錨，步履堅實叩問著無垠深空，完成從機構組建、平臺搭建到任務支撐、科研攻關的長足發展，一項項創新成果記錄下航天人逐夢星空的印記。
這里匯聚的深空探測科研團隊正握指成拳。中國科學院院士趙政國團隊聯合實驗室圍繞月基環境下新物理粒子搜尋等前沿基礎科學問題開展技術攻關；中國工程院院士童小華團隊開發的月面機器人將在國際月球科研站建設中發揮重要作用……
而現在，深空探測產業“樹木”正連成一片廣闊“森林”。深空探測實驗室所在的安徽省，近兩年商業航天領域投資超百億元。在產業端，實驗室已繪制出深空能源、深空互聯網、太空旅游等十大深空產業圖譜，吸引了航天聯志、昊盛集團等商業項目落地合肥，研發、生產、應用，空天產業鏈條加速孕育，描繪出壯闊的未來產業圖景。
值得注意的是，作為關乎人類前途命運的前沿領域，航天探索不是獨奏，而是交響。隨著中國深空探測不斷邁向更深更遠處，中國正與世界各國開展形式多樣的航天交流合作。目前，中國已分別向法國和俄羅斯各贈送了1.5克科學用月球樣品，它們均來自2020年12月中國嫦娥五號任務從月球正面風暴洋東北部天船基地獲取的鉆取樣品和表取樣品。迄今已有澳大利亞、俄羅斯、法國、英國及瑞典等國科學家參與了中國月球樣品的科學研究。
“近年來，國家航天局與17個國家簽署政府間合作協議，我們實驗室也與60余個國際科研機構簽署合作協議，還創辦了一年一度的深空探測（天都）國際會議，現已舉辦兩屆，很快迎來第三屆，在國際航天界產生重要影響。”深空探測實驗室黨委書記、副主任胡朝斌表示，實驗室開展深空探測領域國際合作不僅推動了自身建設、技術提升和成果轉化，也助力國家航天局推動國與國之間的合作互信，推動國際深空探測事業平等互利、和平利用、包容發展，為人類探索宇宙奧秘。
離開實驗室時，夜幕降臨，星漢燦爛，科學家仍在奮力書寫人類探測無垠星空的新篇章。
（原標題：成立3年多，深空探測實驗室產出一批未來感十足的科技成果——向無垠深空挺進）
本文鏈接：成立3年多，這個實驗室產出一批未來感十足的科技成果http://www.sq15.cn/show-11-24953-0.html
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