IT之家 4 月 8 日消息，我國鵲橋二號(hào)中繼星于 3 月 20 日發(fā)射成功，繼續(xù)向探月工程四期目標(biāo)穩(wěn)步邁進(jìn)。探月工程四期將進(jìn)一步開展月球資源考察、原位資源利用關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證，為后續(xù)建設(shè)國際月球科研站打下基礎(chǔ)。
清華大學(xué)馮鵬教授團(tuán)隊(duì)于 2017 年開始月球建造研究工作，聯(lián)合清華大學(xué)水利系、機(jī)械系、航天航空學(xué)院等科研團(tuán)隊(duì)，從月球基地建造需求出發(fā)，在月壤性能表征與模擬，月壤基材料固化成形、月面功能件拼裝搭建、月球結(jié)構(gòu)服役性能等方面開展理論研究和技術(shù)開發(fā)。近期，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)月壤固化成形技術(shù)開展了評(píng)估分析，相關(guān)研究成果已在中國工程院院刊 Engineering 發(fā)表。
據(jù)介紹，月壤固化成形是原位建造（ISRU）的核心技術(shù)，ISRU 旨在最大限度地利用原位資源，降低運(yùn)輸和維護(hù)需求。目前已有近 20 種技術(shù)方法用于生產(chǎn)月壤基建筑材料，各種技術(shù)的實(shí)施條件和實(shí)現(xiàn)能力各異。
用于月球建造的材料必須是低成本和高性能的，低成本是指材料制備過程應(yīng)降低資源消耗、能源需求和機(jī)械操作，高性能要求材料在月球環(huán)境中保持可靠的服役性能。
根據(jù)月球建造條件和國際月球科研站長期目標(biāo)，該研究將月球基地建造規(guī)劃為四個(gè)階段，分階段實(shí)現(xiàn)功能定位和建造目標(biāo)：科研站、科考站、駐留地、棲息地。
計(jì)劃建造的月球基地包括三類建造目標(biāo)：
場地：場地處理可分為場地硬化和場地固化，其中硬化場地用于建造航天器起降平臺(tái)、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、交通道路等設(shè)施，具有較高的力學(xué)性能需求；固化場地用于降低月塵造成的磨損和導(dǎo)電損傷，施工效率和成本控制要求較高。
防護(hù)結(jié)構(gòu)：防護(hù)結(jié)構(gòu)用于阻絕月面惡劣環(huán)境，如陽光直射、月塵侵襲等，防護(hù)結(jié)構(gòu)施工體量大，需要采用高效率、低成本、低維護(hù)需求的建造方案。
人居結(jié)構(gòu)：宇航員居住的建筑物是最重要的建造目標(biāo)，月球建筑必須能夠保持內(nèi)部氣壓、溫度、濕度穩(wěn)定，抵御輻射、微隕石威脅，對(duì)于長期任務(wù)，月球建筑應(yīng)提供足夠的內(nèi)部空間和功能分區(qū)。
月壤固化成形技術(shù)根據(jù)顆粒結(jié)合機(jī)理分為四類：反應(yīng)固化、燒結(jié)熔融、粘結(jié)固化、約束成形。前三類技術(shù)分別通過反應(yīng)產(chǎn)物膠結(jié)、高溫?zé)Y(jié)或熔融、外加劑粘結(jié)實(shí)現(xiàn)月壤顆粒之間的結(jié)合，而約束成形技術(shù)通過整體約束形成構(gòu)件。
IT之家注意到，該研究提出一種 8IMEM 方法，通過八項(xiàng)指標(biāo)定量評(píng)估各項(xiàng)技術(shù)的實(shí)施條件和實(shí)現(xiàn)能力，評(píng)分閾值基于月面建造需求確定。
其中，月壤袋約束成形技術(shù)評(píng)分最高，該技術(shù)對(duì)材料、設(shè)備、能源需求較低，同時(shí)具有大型構(gòu)件快速成型能力，在月球大規(guī)模原位建造中具有良好的應(yīng)用前景。
燒結(jié)熔融類技術(shù)普遍評(píng)分較高，該類技術(shù)完全利用原位材料，其中完全熔融技術(shù)具有極高的固化強(qiáng)度，適用于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)制造；日光熔融技術(shù)直接匯聚太陽能，能量利用效率極高，適用于低能耗建造場景。
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