近年来中国在太空领域的发展十分神速,除了独立建成空间站的计划外,我们已经公布了要在2028年到2035年左右,具体实施“月球科研站”建设的有关计划。但月球科研站到底采用什么样的建筑材料,外界一直知之甚少。这个问题,也一直是让各国科学界都头疼的问题。最近,中央电视台播出了一段视频令人振奋,科研人员拿着我国最新研制的月壤砖,大方公开对外展示。根据介绍,这些造型非常独特的砖头,未来会成为我国建设月球科研站和月球基地的主要材料之一,这将解决困扰我国乃至全球的一个大问题。
▲月球基地想象图,图片来源:网络
中国月壤砖全名“模拟月壤砖”,是我国科学家根据月球土壤分析得到的成分配比,仿制其成分和配比,制造的一种与月球土壤成分十分类似的人造砖。根据华中科技大学教授周诚的介绍,我国先前得到了月球土壤,然后分析了内部的成分。在实验室中,中国科学家模拟了配比了月壤,然后使用了各种方法用它们制造建筑材料。最后得到的结论是,使用“原位成型工艺”+“高温烧制”的模拟月壤砖,最具有可用性。
这种方法制造的砖头,密度与普通的土砖相当。在同样的体积下,这种月壤砖的重量不会和普通土砖有太大的出入。月壤砖使用电磁感应烧结炉作为主要的生产工具,这种炉子在1000摄氏度左右的高温下,10分钟左右便可以把月壤砖烧制完成。中国设计的月壤砖,采用了我国古代传统建筑中非常常见的榫卯结构,这被称为“月面拓扑互锁”结构。一块儿完整的月壤砖由两个部件组成,榫卯在一起之后,强度还会大大增加。加上月球土壤成分特殊,这样的一块砖头,是普通砖头硬度的3倍左右。根据地球上的测试结果,月壤砖每一平方厘米面积就能够最多承受一吨多的压力,这证明它们绝对有潜力,用来在月球上建设高大的建筑物。
▲月壤砖,图片来源:网络
目前,我国科学家开发的月壤砖一共有不同的5种成分配方,这是因为在月球的不同地理位置处,土壤的成分配比也是不完全相同的。为了尽可能的让国产月壤砖具备最高的适应能力,我国开发的月壤砖,尽可能的考虑到了月球上适合建设基地的重点地区,方便日后就地取材进行生产。
在具体的工艺上,先期我们一共尝试了3种不同的制造工艺,但最终确认只有现有这种方式最为适合。月壤砖的诞生,意味着日后中国想要在月球上建设基地,就不用大老远的通过火箭,把建筑材料从地球搬到月球上了。我们只需要搬过去几个高温烧炉,就可以在月球上原地取材,制造建筑材料。这些砖头之间,又可以像拼乐高积木一样,完成房屋的搭建,大大提升月球建筑工地原材料的获取能力和基地的建设速度。话虽如此,这种月亮砖目前还并没有经过更为专业详尽的测试,预计这种砖头将会乘坐天舟八号飞船前往空间站,完成所有测试。
▲月壤砖,图片来源:网络
天舟八号是中国的一艘货运飞船,长10.6米,宽3.35米,总发射质量为14吨,预计在2024年就可完成发射。它将在长征七号运载火箭的助力下,前往中国的空间站,与天和核心舱对接。天舟八号这次的携带的载荷中,除了给空间站人员的给养之外,就包括了这种最新研发的月壤砖。前文曾提到,这种砖头未来可能会像乐高积木一样被使用,所以除了榫卯的方形之外,还有圆柱形砖。当然这些造型肯定不够用,只要通过了一系列测试,日后还可以根据需要改造。至于具体的测试工作,除了考察其强度之外,还要考虑月球温度变化、辐射等因素,对砖头可能造成的负面影响。
▲天舟八号CG图,图片来源:网络
毕竟在月球上,白天的温度可能超过180度,晚上又会降到零下190度,整体昼夜温差能够达到370度,变化之大,远非地球能比。加上没有大气保护,宇宙中的各种辐射、微小的陨石撞击、地震,都可能会冲击到在月球上建成的人类基地,所以人类在月球上建设的各种建筑物,能不能经受得起考验,就全仰仗这些原材料的性能到底行不行了。虽然在地球环境下,这些砖头已经经历过了各种各样的测试,但在真实的太空环境中,他们的表现到底如何所有人都没底。在没有经历足够考验的情况下,贸然采用它们建设月球基地将冒很大的风险,所以我们才要把它们放在空间站上接受考验。中国月壤砖的所有测试全部完成,预计需要3年左右。因此我国的月球科研基地建设计划,估计最快也要到2027年以后才能开始实施。
▲嫦娥五号带回的月球土壤,图片来源:网络
即便如此,中国开发月壤砖的速度也是相当惊人的。2020年,中国的嫦娥五号飞往月球,降落在了月球正面吕姆克陨石坑,成功完成软着陆。完成一系列任务后,最终嫦娥五号带回了大量月球土壤,总共1731克。中国国家航天局为交接月球样本,举行了极为隆重的仪式。中国拿到这些珍贵的月球土壤之后,美国甚至不惜放下面子,问中国索要,希望能得到的一两克。
我们都知道,50多年前,美国的“阿波罗”计划实施以后,陆陆续续已经带回了382公斤的月球土壤。这些月球土壤不仅量大,而且来源区域也相当广泛,总共包含了6个月球的中低纬度地区。美国拥有大量的月球土壤,但是在1978年前后中美建交时,美国也只是赠送给了中国1克。由于当时中国无法登月,所以仅拿出了其中的0.5克用于科学研究。几十年来,我国对月球土壤的分析和研究并没有取得太大的进展,也没有开发出月壤砖,归根结底还是手上的样本太少。
▲中国嫦娥五号带回的月球土壤的地区不在“阿波罗”计划覆盖范围内,图片来源:网络
这次中国独立获得了月球土壤样本,不仅彻底解决了之前月壤数量不足的问题,而且中国采集月球土壤的区域,历次的美国“阿波罗”登月都没有涉足到,所以美国不可能不对中国的月球土壤感兴趣。美国先于中国完成对月球土壤样本的采集,但却没有在起点这么高的条件下,首先研发出月壤砖,属实令人疑惑。有说法认为,美国几十年前“阿波罗”计划所取得的月球土壤根本就是假的,就连美国赠送给中国的那1克是不是真的,现在看来也得打个问号。
美国没有研发月壤砖的原因成疑,但答案或许已经不重要了。现在中国的月壤砖已经诞生,唯独还需要在真实环境下接受考验,进行改进。月壤砖要在实际的太空环境中,表现出足够优异的性能,未来才可能被用在月球上。总之可以肯定的是,中国现在离建设月球基地的目标,已经是越来越近了。
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