为什么设计成榫卯结构？一文揭秘即将飞向太空的“月壤砖”

“月壤砖”是未来可能用于月球盖房子的建筑材料，比普通混凝土砖要坚硬得多。再过一段时间，这种“月壤砖”就将搭乘“天舟八号”货运飞船飞向中国空间站，到太空去做暴露实验。“月壤砖”跟普通的砖到底有哪些不同？它们为什么要去太空呢？

“月壤砖”：一块不普通的“砖”

能在月球盖房子的“月壤砖”和我们地球的砖一样吗？为了找到“月壤砖”中的秘密，记者来到了它的研制地——华中科技大学国家数字建造技术创新中心。

国家数字建造技术创新中心、华中科技大学教授 周诚：我手上拿的这两块砖叫做模拟“月壤砖”，它的成分是我们通过模仿真实月壤的成分，然后去烧结形成的模拟“月壤砖”。

日常生活中的建筑用砖一般有红砖、青砖以及混凝土砖，这些“月壤砖”拿起来密度与普通砖块相当，但它的抗压强度却是普通红砖、混凝土砖的三倍以上，相当于1平方厘米的面积上能承受1吨多的重量。

国家数字建造技术创新中心、华中科技大学教授 周诚：模拟“月壤砖”的强度比我们地球上用的红砖、青砖等要高很多，我们看到的这两块砖呈现的是榫卯结构，有利于在未来的月球基地的建造过程中，我们采用这样的结构形式进行拼装建造。

太空之旅

验证“月壤砖”三大关键性能

“月壤砖”为什么要搭乘“天舟八号”前往中国空间站？“月壤砖”需要经受住怎样的考验才能肩负起月球盖房子的重任呢？专家告诉记者，“月壤砖”的太空之旅有三大关键性能要验证。

要在月面盖房子，首先就会遭遇温度剧烈变化的挑战，月昼温度超过180℃，月夜又到-190℃。此外，因为没有大气保护，大量宇宙辐射和许多微陨石会撞击到月球表面，同时还有震动频率高的月震，这些都会对月面建筑材料的力学性能、热学性能和抗辐射性能都提出苛刻要求。

为了搞清楚“月壤砖”能不能胜任月球造房子的任务，近日，“月壤砖”就要搭乘“天舟八号”货运飞船前往中国空间站。在完成太空实验后，第一块“月壤砖”预计将在2025年年底返回地球。

国家数字建造技术创新中心、华中科技大学教授周诚介绍，验证“月壤砖”三大关键性能包括：

“月壤砖”的力学性能。因为这个和我们建房子关系最大，就是样品的力学性能会不会退化。

“月壤砖”的热学性能的变化。我们希望知道它的保温和隔热的性能怎么样。

辐射作用对“月壤砖”的影响。因为月球是真空的环境，所以有大量的宇宙辐射，我们也希望了解在宇宙辐射的作用下，“月壤砖”在月球上能不能经受得住。

实验室揭秘“月壤砖”如何炼成

月球表面复杂的环境对“月壤砖”的性能提出了极高的要求，“月壤砖”又是怎么炼成的呢？

国家数字建造技术创新中心、华中科技大学教授 周诚：采用真空热压烧结的方式形成的“月壤砖”，整个过程大概分为三个步骤，第一个步骤，我们需要把模拟月壤进行称重，称重之后按照重量放入模具中，但月壤是非常松散的，我们需要在模具的容器里面进行压制。

国家数字建造技术创新中心、华中科技大学教授 周诚：工程师操作的就是让它能够均匀地施压，然后形成有效的一个坯体。压力施加完毕后，工程师会把压制成型的、带有模拟月壤的模具放到真空热压炉中，然后加上隔热的一些设施。锁上整个真空实验装置以后，就可以把它升温烧结。

科研人员用实验室模拟出的月壤材料就类似地球土壤一样，是分散的，他们需要通过高温进行烧制，比如采用电磁感应烧结炉可以在十分钟左右将温度加热至1000℃以上，“月壤砖”就烧制完成了。

国家数字建造技术创新中心、华中科技大学教授 周诚：这个过程中是没有任何其他的材料添加物的，所以它是100%原位成型工艺方法，这也是在未来月球基地建造中的一个非常有潜力的建造方式。

太空实验助力“月壤砖”研究闯难关

在介绍“月壤砖”制作流程时，科研人员提到了一个词——原位成型工艺方法，也就是说，将来我们建设月球科研站，可以在月球上就地取材，直接利用月壤、太阳能、矿产等月面原位资源来盖房子，不需要再从地球上运输预制建筑构件。这样的方式能够极大地降低月面建造的成本。这些模拟“月壤砖”将在太空暴露实验后，为将来真的到月球上盖房子积累科研数据，从而优化实际方案。

国家数字建造技术创新中心、华中科技大学教授 周诚：这就是马上要跟随天舟八号货运飞船在空间站当中去做暴露实验的样品。这些都是模拟月壤烧结的样品，一共分为三块样品板，实际上我们设计的整个暴露时间是三年，所以每隔一年我们会下行一块样品板，带着在空间站暴露之后的样品返回地球，然后再来做相关的实验。

为了充分利用上太空实测的珍贵机会，研究团队将带到中国空间站的“月壤砖”设计为柱状和片状两种形态：

柱状“月壤砖”主要用于力学测试；

暴露面积较大的片状“月壤砖”则用于热学和辐射效应测试。

除了形态不同，这些“月壤砖”还使用了5种不同的模拟月壤成分、3种不同的烧结工艺，为后续月球基地的建设可以提供更准确的科研数据。

国家数字建造技术创新中心、华中科技大学教授 周诚：我们这里面有5种不同的成分，有模拟月海的，也就是我们嫦娥五号落地（月）的地方，那一种以玄武岩为主的模拟月壤的成分。这里面也有将来为嫦娥八号，包括嫦娥七号，落地在高地的月壤成分，主要是以斜长岩为主。

国家数字建造技术创新中心、华中科技大学教授 周诚：跟地球一样，东北的土是黑土，西北的土是黄土。在月球上也是，在不同的位置、不同区域土壤的颗粒成分都不一样。我们主要了解在不同的成型工艺下，在空间站的那种环境中，它的退化规律。因为有了退化规律，我们才能够对材料选择、工艺的优化提出很好的科学依据。

（总台央视记者 崔霞 李宁 吴天白 凌姝 王镜雅）