“月壶尊”月面基地效果图

11月16日，天舟八号货运飞船与中国空间站组合体完成交会对接。本次“太空快递”的上行物资中，最引人关注的可能是一批“砖头”。原来，它们是由科研人员模拟月壤成分烧制的“月壤砖”，计划开展太空暴露实验，预计自2025年底起分批返回地球，检验其能否胜任未来建造月球基地的重要任务。其实，科研人员畅想建造月球基地已有半个多世纪了。1963年，美国宇航局与波音公司提出了“阿波罗月球探测系统综合模块”概念，希望在月面布置多个建筑模块，以松软的月壤作为防护层，抵御极端环境，设计可容纳6人持续生存6个月。1986年，美国宇航局约翰逊航天中心又提出了“充气式月球科考基地”概念，建设方案包括日光防护罩、由防辐射风化袋制成的通道、热辐射实验机器人、制氧试点工厂、太阳能系统等。不过，这些早期月球基地建设方案受限于技术、成本等，均停留在纸面上。



“月壤砖”前往中国空间站开展暴露实验

建设月球基地绝不是一件容易的事，选址和建材就是需要着重考虑的关键因素。一般来说，月球基地选址应考虑4点：一是便于与地球直接通信；二是月面尽量平坦，便于航天器安全着陆；三是受月球昼夜交替影响较小，长期有充足阳光；四是附近蕴藏较丰富的水冰资源。综合权衡各方面条件，在月球两极附近选址建设基地比较理想。不过，根据月球基地的核心任务不同，其选址的标准和要求也不同。例如，如果要建造月球资源开发基地，选址应与月球资源分布状况密切相关；如果计划建造月球科研基地，那么最好建在月球背面，毕竟那里受地球无线电波干扰较少，更适合开展天文观察和空间物理实验。初步确定月球基地选址后，如何经济、高效地施工建造呢？为了尽量降低航天运输和维护成本，有必要通过月球资源原位开发获取建造材料，而且应在材料制备过程中降低资源、能源消耗和操作成本，同时确保材料可靠耐用。为此，能源供应和材料性能两大难关仍有待攻克。一方面，研究表明，在近似真空环境中，“月壤砖”最佳烧结温度是1000～1100摄氏度，将1吨月壤加热至该温度，至少要消耗233千瓦时的能量，相当于100平方米光伏阵列6小时发电量。另一方面，由于月面缺乏大气压，建筑内压依赖结构承受，再考虑到月面极端温差超过300摄氏度，温度应力较大，对建筑材料的抗拉强度提出了较高的要求。而月壤基材普遍表现为抗压能力强、抗拉能力弱，因此不宜单纯依靠月壤固化来满足所有性能要求。近年来，随着新一轮国际探月大潮涌动，各国科研单位和企业提出的月面建筑方案呈现爆发式增长，涉及新颖结构设计、无人化施工、太空3D打印技术、月面与地穴勘测等。据公开资料显示，我国科研工作者相继提出了多种月球基地建设方案。