点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:“基建狂魔”要用榫卯工艺在月球盖房?专访“中国超级泥瓦匠”
首页> 军事频道> 军事要闻 > 正文

“基建狂魔”要用榫卯工艺在月球盖房?专访“中国超级泥瓦匠”

来源:央视新闻客户端2024-11-25 10:03

  2024年11月15日23时13分,天舟八号货运飞船奔赴天宫。约3小时后,天舟、天宫“牵手成功”,“小时达”被成功签收。11月16日早上,神舟十九号航天员乘组在地面配合下,打开天舟八号舱门,开始太空“拆快递”。此次上行的货品中,有一份神秘大礼包,那就是月壤砖,来自位于华中科技大学的国家数字建造技术创新中心。

  丁烈云:我们是做了几套,其中有一套就放在这儿,天舟八号带上去的就这三块。

  月壤砖,是未来可能用于月球盖房子的建筑材料,此次“月壤砖”前往空间站开展舱外暴露实验,为未来在月建设积累科研数据。丁烈云作为中国工程院院士、国家数字建造技术创新中心首席科学家,牵头了月壤砖的研制。

  丁烈云:月壤砖强度,有两个因素的影响非常大,一个因素是矿物的成分。不同的矿物成分会影响它的强度,另外还有一种是它的烧结方式不一样,烧结的工艺不一样,比方说我们这采取三种烧结工艺。

  送往空间站的月壤砖形态不同,分别采用了5种不同的模拟月壤成分和3种不同的烧结工艺制作而成。和月壤砖同时到达空间站的,还有一份舱外暴露实验的操作指南。

  丁烈云:在问天舱外面,要外挂在上面进行暴露实验,通过宇宙射线。还有零下100摄氏度,零上100多摄氏度,高低温的这种热振,不断地循环,看它今后的劣化是一个什么样的情况。

  记者:给它考验多长时间?

  丁烈云:我们一共是三块板,有一块板一年以后取下来,分析一下,第二块板是两年以后,最后一块板是三年以后取下来,取下来以后,就跟地面的,我们做的同批样品,进行性能的测试。

  记者:那你们实验可真够长的,最短的还得一年之后呢。

  丁烈云:科学研究就是这样的。我们土木工程有个很大的特点,它是一个百年大计,我们做一栋房子,不是说我住一个几年。特别在月球上去建,老化的这些机理一定要搞清楚。搞清楚了以后。你才能够形成一份标准,建筑的标准,所以做研究不能着急,一步一步地做。

  作为人类唯一抵达过的地外天体,月球一直是科学家研究的重要对象。国际上,各航天大国也纷纷提出月球中长期驻留设想,掀起了新一轮探月热潮。在华中科技大学的国家数字建造技术创新中心,实验室的一个沙盘,模拟了未来月球基地的场景。

  “月壶尊”外形酷似竖立的鸡蛋壳。内部空间分成上下两层,分别为工作区和休息区。

  “月壶尊”是月面基地建筑物的定型样式,丁烈云团队还有另外一个大胆的构想,那就是月球玄武基地,它是将中国传统制砖砌筑的建造方式与3D打印建造方式相结合,采用整体预制拼装、局部打印连接的方式,设计建造月面基地。2015年,正是对3D打印技术应用于建筑领域的研究,把丁烈云的思路带到了月球。

  2015年,丁烈云正在担任华中科技大学的校长,对高校在科技进步中的作用,他有自己的思考。

  丁烈云:高校一定要做未来的事,一定要做引领的事,甚至更长一点,你比方说十年以后的事,甚至是更长的一些事。

  丁烈云没有将设想停留在纸面,而是瞄准月面基地建造带领团队说干就干。当时他们可以参考的是美国阿波罗计划获得的月球资料,包括月球表面结构特征和月面物质的化学成分、光学及热力学物理特性等。

  记者:那您怎么能确保从各种各样的文献,不管是一手的,也许有二手的,那么从这些现存的资料里面,能够搜集分析,得出一个准确的结论。

  丁烈云:不要说这个月球上的月壤,就是地球上面,它也不会有两个,完全一样的这个地质,它是不断地变化的,所以我们更多还是要找出它的主成分是什么。

  研究表明,月壤是分布于月球表面的一层厚达几至十几米的土状混合物,主要由岩石碎屑、矿物碎屑、玻璃质颗粒和黏合剂组成。月壤成分在不同的区域存在差异,如月海地区主要是玄武质高钛和低钛月壤,而月球高地地区则为斜长岩质月壤。而长白山的火山灰,是地球上能找到的和月壤成分比较接近的土壤。

  记者:拉回来以后怎么用它呢?

  丁烈云:首先要把它做成模拟月壤,模拟月壤就按照文献上面公开发表的那些成分,比方说先把它清洗,清洗完了以后把它烘干,月壤是没有水的,我们要把它烘干,烘干了以后,把它的有机质去掉,因为地球上的模拟月壤肯定是有有机质的,真正的月壤它是没有有机质的。再把它碾碎,碾碎了以后再分析它的成分,因为月壤构成的成分无非就是这么几种,你看看它里面还缺什么,缺什么再加,加了以后就变成这样一个配制的模拟月壤。

  得到模拟月壤后,下一步就是解决月壤成型的问题。对原位建造的追求,驱使丁烈云团队寻求新的成型方法。

  丁烈云:月壤成型它目前有几种成型,比方说一种成型它是通过碱激发,烧碱加水,把月壤能够凝固起来,或者加这种硫黄。然后再进行3D打印,但是一想你这不是百分之百的原位。

  记者:什么叫原位?

  丁烈云:原位就是不带任何东西,完全利用月球上的资源,因为你要带烧碱,你还要带硫黄到那去,那就不是原位。

  在月面建什么样的建筑,丁烈云团队一直在进行各种尝试,起初尝试了穹顶结构、拱形结构以及柱状结构,很多造型反复尝试,既要符合月球表面的使用环境,又要方便建造。

  月壶尊是双层的穹顶结构,涉及12个设计参数,满足空间最大、应力最低、保温隔热的要求,而且自重小、用的材料少。对于3D打印机来说,也必须满足一定的要求。

  丁烈云:火箭的运载的能力,现在不能运载这么重的一些设备。所以现在等于说还没有到这种程度,只是还是要验证。用这个月壤进行挤,挤出来了以后,能不能成为一个完整的形状。它因为打的时候要流动性好,流动性不好它挤不出来,但是流动性太好了以后,你打得它塌下去了,所以怎么样去找到一个合适的,流动性又好,同时让它又能够粘得住,能够具有一定的稳定性,这个就要不断地研究。

  丁烈云团队设想采用的3D打印施工,是先在月表用注浆加固法打地基,然后在地基上打印结构,穹顶采用气囊放置法固定,再在气囊上打印穹顶,最终打印成型。这个工艺可以建造各种形状的月球基地结构,但3D打印是个连续过程,存在大尺寸结构一次性成型困难、耗能大等问题。

  借鉴中国传统砌筑和榫卯连接方式,丁烈云团队创造性地提出利用月壤烧结出带有榫卯结构的月壤砖,再进行拼装建造,通过烧结月球砖把一次性成型的风险分散掉,然后由机器人砌筑,同时用3D打印加强连接来完成结构,避免结构变形。

  2021年,科技部将“轻量化可重构月面建造方法研究”列入重点研发计划,成为“工程科学与综合交叉”的重点专项。华中科技大学成为该项目的首席科学家单位。月面原位建造面临着极端环境的巨大挑战,包括原位材料单一、无液态水、低重力,月面昼夜高达300多摄氏度的温差,还有每年约1000次2—3级的月震、宇宙射线的强辐射、月面复杂形貌与地质等,这些都让月球上的建造工作成为极具挑战的超级工程。

  记者:您所做的一切尝试的前提,是假设我们是在地球上做,还是我们假设在月球上做。

  丁烈云:首先是在地球上做。在地球环境上我们先试试。我把那个跑通,再考虑各种各样的极端条件,极端环境。真空我们是可以模拟的,我们实验室里面就有真空,高低温是可以模拟的,比方说零下一百摄氏度,零上一百摄氏度,甚至更高点,最难的就是低重力。月球的重力加速度是地球的六分之一,六分之一就是说人在月球上跳得很高,在地球跳不了那么高,但是它会影响在成型过程当中的品质,是不一样的。

  月壤里含有多种矿物,它们的熔点不一样,需要确定一个最佳的烧制温度段,使得“月壤砖”能达到建筑材料所需的强度。但对于丁烈云团队来说,在地球上进行的各种实验,始终有一个缺陷,那就是无法真正模拟月球的环境,尤其是月球的重力环境。

  丁烈云:下一步应该这样,一定要真正地在月球上去烧砖,烧了以后,再去看它的强度是个什么样的强度,这个月壤成型的机理,这些规律是什么,要把这个慢慢地搞清楚,才能够制定用什么样的烧结工艺,能够保证月壤砖它的强度是够的。

  记者:如果要真正深入地理解这件事,一定要真实在月球环境下去烧砖。

  模拟月球的真空环境,科研人员将装有月壤粉末的石墨模具,整体置于真空热压炉内进行烧制。烧制一炉模拟月壤砖,大概需要24小时。

  丁烈云:烧一次时间不会太长,实际上做热循环实验的时间很长。

  记者:什么叫热循环?

  丁烈云:月球上面的一天,是地球上面的一个月。我们要把烧好的砖,要拿到很高的温度里面去烤,然后又把它拿到低温里面,就不断地循环,循环多少次以后,看它的性能是不是发生了变化,就花时间很长。

  记者:我们都生活在地球上这么长时间了,春夏秋冬,什么气候,什么湿度,大家伙都心知肚明,但是恰恰在月球上,这一切仅仅是人类有限的记载,而且没有人在上面盖过房子,也就是说很多条件都不知道,那这些不知道怎么变成已知呢?

  丁烈云:这个还是要利用人类的研究的成果,就是我们要做学术研究,有时候发表论文,为什么要做这件事情呢?实际上把我们研究的成果,全人类来进行共享。当时嫦娥五号的月壤没有回来的时候,那我们只能用什么呢?用阿波罗它发表的这些成果,然后模拟阿波罗的,它带回来月壤的这种成分。嫦娥五号的月壤回来了以后,我们有的单位先获得了月壤,它也进行了研究,把这个成分就公开发表了,我们就知道,我们要利用这些成果,不是什么东西,都要从一做起,就是这样你可以在别人研究的基础上,往前迈出一大步,做自己最该想做的一些事情。

  目前,丁烈云团队已经完成模拟月壤的三种烧结试验,具体为真空烧结、惰性气体烧结、空气烧结。其中在惰性气体中烧结强度最高,能达到100多兆帕。而在真空环境下,只需要将模拟月壤加热到1000℃到1100℃之间,就可以实现有效的烧结。如果加压的话,烧结的时间还可以缩短。然而,月壤砖的合理强度,要以月球的环境为依据。

  2020年12月,嫦娥五号成功从月球带回1731克月壤样品。这是人类首次获得的月表面年轻火山岩区样品,也是中国科学家第一次拥有属于自己的地外天体返回样品。2023年,丁烈云团队得到了500毫克嫦娥五号采回的月壤样品。

  进行月面建造方法研究近10年,丁烈云团队第一次得到真实的月壤样品,这让他们既珍惜又兴奋。

  目前,国家数字建造技术创新中心围绕地外建造开展了三项研究工作,分别是玄武月球基地的星际乐高拼装建造、月壶尊建筑3D打印建造和月面着陆垫建造。团队集结了多学科的跨界人才。

  在丁烈云团队的实验室里,地球和月球两条路并行不悖。学生们的研究方向涉及城市交通、地下管道、建筑机器人等多个领域。

  长期从事数字建造、工程安全理论与技术研究,加上担任大学校长的经历,丁烈云目前最关注的,是培养未来能够面对挑战、勇于探索的高素质、综合性人才。华中科技大学土木与水利学院硕士研究生柯美翔,向我们展示的是他们研发的第三代智能化钢筋绑扎机器人。

  记者:如果没有它,是人用手去绑的,是吧。

  柯美翔:对的。因为它是一个重复性的工作,劳动强度很高,需要工人弯腰劳动,我们团队就想去研发这样一款机器人,来替代工人进行绑扎工作。

  自1969年阿波罗11号成功实现人类首次登月以来,人类对月球的探索从未停歇。随着我国航天科技的不断进步,我们对月球的认知逐步加深,探索的步伐也日益加快。此次模拟月壤砖搭乘天舟八号进入太空实验室,将为未来的月球基地建设提供相关数据支持。

  当前,各国已设计多类月面建造结构方案,主要包括刚性结构、可展开结构、充气结构、3D打印结构、砌筑拼装结构、地下结构等。仰望星空、脚踏实地,丁烈云团队的实验还在继续。

  丁烈云:今天在月球上的这些试验,是为我们今后走得更远,提供的某一种更基础的研究,也是把月球作为一个试验基地,让人类深空探测能够走得更远。

[ 责编:丁玉冰 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 生态文化主题曲MV《千年文脉赋 山水入华章》

  • 美丽中国建设蹄疾步稳 一组数据见证“绿色”力量

独家策划

推荐阅读
这不仅是航运模式的创新,更是长三角区域协同发展、服务全国统一大市场建设的关键举措。
2026-06-05 10:02
目前,全县253家工业品企业实现常态化开播,2026年以来直播销售额达5.2亿元,线上订单占比提升至45%以上。
2026-06-05 09:59
近日,从中国科学院“公众科学日”到第二十六个全国科技活动周,全国各地广泛开展形式多样的群众性科技活动。
2026-06-05 09:57
我国数字文化出海正告别粗放式流量输出的初级阶段,形成以新质生产力夯实产业根基、以文化影响力提升传播价值的新逻辑。
2026-06-05 09:55
以技术创新为动力,以制度创新为保障,持续深化生态环境监测数智化转型。
2026-06-05 09:54
台风路径预报、渔船出海决策,乃至“厄尔尼诺”预警,离不开一套行之有序的全球海洋观测系统(GOOS)。它由数千个漂流浮标、科考船和锚系浮标共同构成,像神经系统一样监测着海洋的温度、盐度和海流。
2026-06-04 09:47
供销合作社系统紧盯“三夏”生产关键节点,统筹农机力量、强化科技赋能、健全收储保障,护航夏粮抢收、烘干、收储工作。当前正值夏收夏种的关键时节,浙江省杭州市富阳区供销合作社所属供销新桐农业现代化服务中心抢抓农时,开足马力,全力以赴投身“三夏”生产主战场。
2026-06-04 09:35
高校拥有科研力量,但成果难以精准对接产业需求;企业有技术瓶颈,却找不到合适的团队攻关。建设甘肃高等研究院,旨在破解科研、产业“两张皮”,推动科技创新和产业创新一体发展,打通产学研用“最后一公里”。
2026-06-04 09:34
记者闫磊、张文攀从国网宁夏电力调控中心获悉,5月30日,宁夏新型储能装机规模突破1000万千瓦,正式迈入千万千瓦级储能大省行列。宁夏率先构建多元化市场营利模式,构网型储能、百万千瓦级共享储能等标杆项目相继落地投产,实现储能资源建得成、调得动、用得好、效益高。
2026-06-04 09:33
近日,《四川省加快推进“人工智能+”一号创新工程实施方案》正式发布,四川正以全省一号创新工程全力推进人工智能发展。据介绍,四川目前已建成数据中心139个,智算规模约38EFLOPS,为“人工智能+”一号创新工程夯实了算力底座。
2026-06-04 09:31
布局基础研究必须有“功成不必在我”的长远眼光,以持久耐心深耕原理,方能收获未来技术革命的丰硕果实。为此,基础研究布局更加注重从技术瓶颈中提炼低层和深层科学问题,引导科研力量在原理层面下苦功、求突破。
2026-06-04 09:46
5月29日,中央宣传部、中国科协发布“最美科技工作者”,四川大学华西临床医学院副院长,华西医院神经内科主任医师、教授陈蕾入选。
2026-06-03 10:26
瑞士苏黎世联邦理工学院研究团队开发出一种由干细胞和磁电纳米颗粒组成的“细胞机器人”。
2026-06-03 10:24
生态环境部日前印发《海湾清洁指数评价技术方法(试行)》,旨在建立统一规范的海洋垃圾清洁程度量化评估与分级标准,推动沿海地方精准识别问题短板,压实所辖海湾的海洋垃圾治理责任,为“十五五”时期海洋垃圾治理提供重要支撑。
2026-06-03 10:21
近期,国务院印发《加快农业农村现代化“十五五”规划》(以下简称《规划》)。日前,农业农村部、国家发展改革委负责人就《规划》有关情况进行了解读。
2026-06-03 10:20
对于处于科技追赶阶段的经济体而言,基础研究投入不只是解决原创突破的问题,也是形成技术理解力、知识翻译力和产业吸纳力的必要条件。
2026-06-03 10:14
6月1日,漳州核电4号机组核岛反应堆厂房堆腔换料水池模块吊装成功,为后续核岛主线关键路径施工奠定坚实基础。
2026-06-02 10:03
1日,2026年全国粮食和物资储备科技活动周在湖北武汉启动。今年科技活动周的主题是“奋进‘十五五’ 科技护粮储”,活动发布了“十四五”期间我国粮食和物资储备领域132项优秀科技成果、应用案例。
2026-06-02 09:51
全球约有2.5亿乙肝病毒感染者,多数需要长期甚至终身服药,难以彻底停药。当病毒入侵人体细胞时,它首先要“刷卡进门”——结合细胞膜上的特定受体蛋白,才能进入细胞内部。
2026-06-02 09:48
6月1日,长征十二号乙遥一运载火箭在东风商业航天创新试验区中国商火研试发射工位点火升空,成功将千帆星座第十批组网卫星送入预定轨道,首飞任务取得圆满成功。
2026-06-02 09:46
加载更多