#中国将在月球上利用榫卯工艺的月壤砖盖房#

    这句话的信息量有多大：月壤砖、榫卯工艺、中国在月球盖房。

    中国神话里位于月亮上的宫殿——广寒宫，即将在现实中打造？！

    据央视新闻10月19日消息 ，月壤砖，未来可能用于月球盖房子的建筑材料，将搭乘“天舟八号”货运飞船前往中国空间站，开展为期3年的暴露试验。太空试验完成后，第一块“月壤砖”预计将在2025年年底返回地球。

    1  揭秘“月壤砖”

    已知的日常建筑用砖一般有红砖、青砖、混凝土砖，这“月壤砖”又是什么新奇玩意？

    国家数字建造技术创新中心、华中科技大学教授周诚 介绍：

    月壤砖，是通过模仿真实月壤的成分烧结形成。

    月壤砖拿起来密度与普通砖块相当，但抗压强度是普通红砖、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。

    另外，月壤砖呈榫卯结构，有利于在未来的月球基地建造过程中，采用榫卯的结构形式进行拼装建造。

    月壤砖的研制地，在华中科技大学国家数字建造技术创新中心，由中国工程院院士、华中科技大学教授丁烈云，带领其团队在此研制而成。

图源：“华中科技大学”微信公众号

    早在2019年3月，周诚教授作为第一作者，丁烈云院士为通讯作者，发表了SCI论文《月球基地原位建造方法：中国超级泥瓦匠（In-situ construction method for lunar habitation: Chinese Super Mason）》，大胆提出了在月球建造“玄武基地”的构想。

“玄武基地”模拟图（图源：“华中科技大学”微信公众号）

    这个梦幻般的想法，至今还只能出现在科幻电影里，毕竟现实中的“月球造房”需要面对极大的挑战：

    ？ 月球的真空环境，散热规律不同于地球环境；

    ？ 重力是地球的1/6，小重力会改变材料与结构的受力状态；

    ？ 温度的剧烈变化，月昼和月夜温差大概为300℃，大温差对房子的结构性能有很大影响；

    ？ 长时间、高频率的“月震”，月球上每年约发生1000次2-3级的月震；

    ？ 月球无大气保护，大量宇宙辐射和微陨石会撞击到月球表面；

    ？ 月面复杂的形貌和地质；

    ？ 太空运输的高昂成本，将一瓶矿泉水重量的材料运送至月球，要花费20万美元。

    ……还有等等未知的挑战。

    而月壤砖的诞生，是人类将得以实现“在月亮上盖房子”的进程中迈出的一大步。

2022年6月14日的“超级月亮”（图源：新华社）

    月壤砖如何炼成？采用真空热压烧结的方式形成。

    步骤一：称重模拟月壤，按照重量放入模具中；

    步骤二：施加压力。由于月壤非常松散，需在模具的容器里进行压制，经均匀地施压后形成有效的坯体；

    步骤三：高温烧制。将压制成型的、带有模拟月壤的模具放到真空热压炉中，将其升温烧结。电磁感应烧结炉可以将温度加热至1000℃以上，10分钟左右，一个长18厘米的模拟月壤砖就烧制完成。

    整个过程中没有任何其他材料添加物，是100%原位成型工艺方法，也就意味着，将来我们建造月球科研站，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，极大降低月面建造的成本。

    接下来，需测试模拟“月壤砖是否能胜任月球造房的任务，将在太空中验证其三大关键性能：

    ？ 力学性能，该性能与建房子的关系最大，需测试样品的力学性能在太空中会不会退化。

    ？ 热学性能，即保温和隔热性能。

    ？ 抗辐射性能，因月球是真空环境，有大量的太空辐射。

模拟月壤及烧结月球砖（图源：“华中科技大学”微信公众号）

    另外，为了充分利用上太空实测的珍贵机会，研究团队还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；

    片状月壤砖：暴露面积较大，用于热学和辐射效应测试。

    同时，除了形态不同，这些“月壤砖”样品还使用了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。

    2  榫卯，实现月球上搭“乐高”

    月壤砖另一不得不提的亮点，便是其所运用的榫卯工艺。

    榫卯（sǔn mǎo） ，原称“枘凿（ruì záo）”，是中国传统木作的一种接合方式，广泛应用于各类木制建筑、家具中。

    榫卯结构中，榫是指凸的部分，也称榫头。卯是指凹的部分，又称椎眼、椎槽。最基本的榫卯，就是将榫插入卯中，实现构件的相连。
 

抱肩榫（图源：中国数字科技馆）

燕尾榫（图源：中国数字科技馆）
 

夹头榫（图源：中国数字科技馆）

    北京大学考古文博学院教授徐怡涛称，通过榫卯，各种独立又松散的木头构件得以结合成具有荷载能力的完整结构体。

    榫卯这一接合方式，在我国已有上千年的应用和发展历史。距今7000年前的河姆渡文明时期，榫卯结构就出现在干栏式木构建筑上，也存在于器把、小棒等木制工具中。

    梁头榫 ：新石器时代·河姆渡文化(距今7000—5000年)，河姆渡遗址出土，余姚市河姆渡遗址博物馆藏（图源：“国博君”微信公众号）

    榫头带卯眼木构件： 新石器时代·河姆渡文化(距今7000—5000年)，田螺山遗址出土，浙江省文物考古研究所藏（图源：“国博君”微信公众号）

    辽代的应县木塔，是中国建筑领域中榫卯结构应用的典型案例。建于公元1056年的应县木塔，是世界上现存最高大、最古老纯木结构楼阁式建筑。全塔主体由数万个木构件互相卯榫咬合而成。900多年来，应县木塔历经多次地震却始终屹立不倒。
 

应县木塔（图源：@应县木塔景区）
 

    徐怡涛解释道：

    榫卯的各个节点间是可以活动的，上千个节点的震动能消除掉一部分地震波能量。这种松紧适度的柔性连接具有一定程度的自我恢复能力，因此，尽管木构架会因为大幅度摇晃而产生一定变形，但当地震波消失后，整个构架仍能恢复原状。

    华中科技大学团队从中得到启发，烧出带有榫卯结构的月壤砖，“像搭建积木一样”在月球上建房子。而在月球上“玩积木”将是他们命名为“中国超级泥瓦匠”的机器人，用于月球表面原位资源进行3D打印的机器人则被命名为“月蜘蛛”。

    值得一提的是，这不是榫卯工艺首次运用在中国航天领域中。

    2018年，中国运载火箭技术研究院研发中心自主研制的“一种适用于再入飞行器的榫卯式翼舵结构”获国家发明专利。

榫卯式翼舵结构的组装流程（图源：中国运载火箭技术研究院官网）

    榫卯，是中国传统木作技术之魂。月壤砖的出现，是中国古代建筑的匠人智慧与中国现代科技的完美结合。

    3  何时能在月球上盖房？

    在月亮上盖房，具有什么意义？
 

    自1969年阿波罗11号登月至今，人类对月球的了解还只是冰山一角。而月球上拥有的水冰储量和氦-3储量，是可能造福地球的动力资源。并且，月球作为人类未来太空探索的跳板，有着战略意义，可以成为火箭的加油站和中转站，降低深空探索的难度和成本。

    所以，探索月球背面对人类了解月球结构、地质特征以及宇宙起源具有重要意义。月球基地建成之时就是标志着人类从“地球文明”迈向“宇宙文明”的关键之日。
 

月球基地想象图（图源：科技日报）

    那么， 何时能实现在月球上盖房？
 

    去年3月，首届地外建造学术探讨会在武汉召开，专家学者们普遍认为，“月球造房”未必能在一代科学家身上实现，需要经历科学家群体不断上下求索。但是，以跨学科交流推动各相关领域科学家凝聚共识、共同解决难题、应对各种挑战是必须要做的工作。

2021年11月19日，在北京故宫午门拍摄的中国空间站过境照片。（图源：新华社）

    嫦娥奔月成仙，居住在月宫——月亮上的广寒宫中，这是一则在中国流传千年的浪漫神话。
 

    今年6月25日，嫦娥六号带着来自月球珍贵的“礼物”返回地球，完成了世界首次月球背面采样和起飞，更新了中国探月工程的任务书。
 

    当“嫦娥”一次次向月亮奔赴，相信广寒宫也终究有一日会成功打造出来，将中华民族对月亮憧憬的千年梦想转化为现实。

    广州日报媒重点实验室出品
    统筹/徐梅花
    文字整理：苏琬茜

    参考来源：央视新闻、中国科学报、“华中科技大学”微信公众号、科技日报、光明日报、科普中国
    广州日报新花城编辑：苏琬茜