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。