中国将如何建“广寒宫”？揭秘月球“盖房神器”

【环球时报-环球网报道 樊巍 邓孝慈】中国于2016年正式提出的“国际月球科研站”计划，因其将在月球上建设一个类似于“小城镇”的长期运行科研设施，故而被网友形象地称为“广寒宫”工程。根据任务规划，国际月球科研站将于2035年前完成基本型建设，2045年前完成拓展型建设。据《环球时报》记者了解，在月球科研站的建造过程中，将部分地采用“就地取材”的理念，利用月壤制作建筑材料，同时开发月球上的水冰资源以支持相关科研任务。相关科研专家近日在接受《环球时报》记者采访时也介绍了中国和平开发月球、利用月球的相关技术。

此前发布的公开信息显示，由中方发起的国际月球科研站是一个可长期自主运行、短期有人参与，可扩展、可维护的综合性科学实验设施。具备地月往返、能源供应、中枢控制、通信导航、月面科考和地面支持等能力，能持续开展科学探测研究、资源开发利用、前沿技术验证等多学科、多目标、综合性科学和技术活动。

而在建造国际月球科研站的过程中，一种名为“月壤原位3D打印系统”的设备，将把国人的基建优势拓展到月球之上。

“‘月壤原位3D打印系统’是一台可以利用聚光太阳能，将月壤高温熔融制成月壤砖的装置。”深空探测实验室“月壤原位3D打印系统”技术负责人杨洪伦介绍在接受《环球时报》记者采访时介绍称，这套装置主要有两大特点，一是采用月壤作为唯一原材料，不需要从地球携带任何辅料，这样可以做到真正的原位资源利用，实现用月球的土建月球房。此外，这套3D打印系统的光纤束是柔性的，末端可以自由移动，“我们不仅可以铸砖，也可以自定义打印头的移动路径，以实现月壤任意形状成型制造。”

据了解，月壤原位3D打印系统，又被形象的称为“月壤打砖机”，其核心原理是通过抛物面聚光反射镜汇聚太阳光，经由光纤束传输产生大约3000倍的聚光太阳能，将月壤加热到1300℃以上实现月壤熔融和月壤砖的制备。月壤原位3D打印系统实现了月球资源、能源的原位利用，制成的月壤砖具有强度高、隔热性好等特点，可以满足月球科研站的交通道路、设备平台和建筑物建造需求，实现用月球的土建月球房。

然而，“月砖”的制造面临着诸多难题。深空探测实验室相关科研人员介绍称，“月砖”在制造过程中成型较难，且月壤热导率低、熔点高、矿物组分复杂，导致其难以均匀加热，且易产生裂纹空隙等缺陷。此外，烧制“月砖”的过程中持续稳定的能源供应也是一大难点，月壤原位3D打印系统需要实现3000倍以上聚光太阳能稳定传输，同时需应对月面低太阳高度角、高真空、低温等严苛环境挑战，这些因素易导致能量传输器件损伤和功能失效。

“在装置研制初期，我们面临的核心挑战是如何在月球极端环境约束下，实现可靠的太阳能聚光与月壤成型。为此团队系统对比了多种技术路线。”杨洪伦介绍称，在聚光环节，究竟是采用菲涅尔透镜、薄膜透镜还是反射式聚光器？月壤成型方面究竟是采用粉末烧结，高温熔融还是粘结固化？通过一系列的验证试验，项目团队最终选用了“反射聚光+光纤束传能+粉末床熔覆成型”的技术路线，攻克了能量捕获传输到打印成型的全链条难题。

“月壤成型制造技术的验证，可满足月面交通道路、设备平台、建筑物等基础设施规模化建设需求，为更大规模、持续的月面探测和资源开发利用活动提供支撑。”他进一步介绍称，通过月壤原位3D打印系统样机的研制也成功验证了月面能源捕获、物质提取转化等关键技术，这为后续深空资源开发利用及月面能源系统建设奠定技术基础。

除了就地取材“烧砖”之外，从月球取水也是中国科研人员搭建“广寒宫”的一项重大创举。据了解，月球的极区蕴藏着大量的水冰资源，这些水冰不仅是未来国际月球科研站的生命支持来源，比如饮用水、氧气，还可通过电解制取氢氧燃料，支撑深空探测任务的能源需求，从而降低从地球运输物资的成本和风险。

然而，月球表面的环境条件与地球不同，它是高真空、极低温的一个极端环境，因此如何从月壤里面提取出可用的水资源，是将来面临的一个重要问题。针对这个问题，深空探测实验室联合哈工大等高校院所，联合开发了可以从月壤里原位提取水的装置。

相关科研人员向《环球时报》记者介绍称，针对月壤原位取水创想而研发的国内首台群针式月壤水冰热提取系统原理样机，攻克高强度含冰月壤开挖难、真空逃逸水汽收集难、水冰提取效率低等难题，采用多根细长螺旋钻针原位钻进含冰模拟月壤并加热产生气态水，水汽通过导流通道定向进入低温冷凝器，冷凝成固态冰实现收集。该装置水冰提取效率等核心指标达到国际先进水平。

“当前，深空探测实验室团队围绕地外资源开发利用全面开展技术攻关，并已取得多项重大成果。团队已成功研制了月壤熔融电解制氧与冶炼、月壤水冰热提取、月壤纤维制备一系列原理样机，将有力支撑国际月球科研站等深空探测重大工程任务实施。”杨洪伦称。

据了解，国际月球科研站建设倡议目前已得到世界多国响应，已有17个国家和国际组织、60多个国际科研机构加入国际月球科研站合作。未来，中国将与世界各国共同开展工程联合研制、工程和科学搭载、地面设施建设、国际规则制定和人才教育培训等共建活动，也将共享地面试验设施，共同开展科学与应用研究，共享科学成果。