【#中国科学家研讨在月球上盖房子#：传统浇筑与3D打印相结合！】4月8日，国内百名专家学者汇聚在华中科技大学，开了首届地外建造学术研讨会。据专家介绍，2028年前后“中国超级泥瓦匠”或将登月采用原位建造方式制备第一块月球砖，成为搭建月面基地建筑材料。

中工院院士、华中大教授、国家数字建造技术创新中心首席科学家丁烈云表示，希望“中国超级泥瓦匠”能够在月球上就地取材，用月壤烧结方式在月球上做一个人工造物——月壤砖。如果这块砖能够原位造出来，就打通了一条技术路线，建造月面玄武基地也将成为现实。

2015年，专注于数字建造研究的丁烈云从无人3D打印中得到启发，开始带领团队从事月面基地建造研究。2021年，华中大作为首席科学家单位，联合北京空间飞行器总体设计部（航天五院501部）等国内优势单位，成功获批国家重点研发计划项目“轻量化可重构月面建造方法研究”，为我国开展月球科研站建设以及月球资源开发与利用提供关键技术支撑。

华中大集结了一支包括材料学院、机械学院、人工智能与自动化学院等在内的科研团队，开展了月面极端环境下的装配式结构优化设计、月面着陆垫拓扑互锁结构性能实验与仿真研究、月面建筑结构研究、月壤烧结及月面极端环境影响等多项前沿研究，致力于设计出具有可行性的月面基地整体建造方案。

目前，国外建造月面基地的技术思路是高能束3D打印，存在大尺寸结构一次性成型困难、耗能大等问题。华中大团队借鉴中国传统砌筑和榫卯连接方式，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，利用月壤烧出带有榫卯结构的月壤砖，再用机器人砌筑，“像搭建星际积木一样”在月球上搭房子，不仅搭建风险更小，成本也更低。

团队现已制备出国内首个模拟月壤真空烧结打印样品（图4），实现“从0到1”的重大突破。有意思的是，他们还为很多关键技术起了不少可爱的、富有中国特色的名字，比如将月面建筑命名为“月壶尊”（图1-2），将完成浇筑工作的机器人命名为“中国超级泥瓦匠”（图3），将用于月球表面原位资源3D打印的机器人命名为“月蜘蛛”。

◆月面原位建造设计思路与方法：
据悉，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。

丁烈云介绍，过去农村建房子都是先烧砖，然后再砌墙，这个可以借鉴到月表建房。设想未来用高能束3D打印技术制造出一个个的砌块，即便一个砌块打印坏了，也只影响一块，然后再像搭积木一样在月球上建房子。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。

航天器在月球表面着陆有尾焰，容易溅起月尘，在真空环境很难沉下去，需要月面着陆垫来避免月尘的产生。着陆垫的设计尝试了垂直互锁、水平互锁等几种方案，专家发现着陆垫厚度不是越厚越好，超过8厘米会对结构性能造成影响。

丁烈云介绍，和传统建造不一样，地外建造需要面对复杂得多的问题和挑战。以月球为例，在月球上实施建造，首先必须克服极端环境的考验。比如月球处于超高真空环境，并且存在三四百摄氏度的大温变，传统的土木建造方式几乎无法实施、结构稳定性也无法保证。

其次，月面原位材料单一、无液态水，但“运输一瓶矿泉水重量的材料去月球要花费20万美元”的高昂成本，这意味着建造所必须的钢筋、混凝土、水等材料不可能都从地球上“外带”，只能尽可能利用月球上的天然月壤材料进行原位建造。

再者，月球表面约为地球表面六分之一的低重力，每年约1000次2～3级的月震，宇宙射线的强辐射、太阳风、微陨石冲击、月面复杂形貌与地质等等，都让月面原位建造成为极端复杂且涉及多学科交叉的超级工程。

中国载人航天工程总设计师周建平告诉与会者，人员要在月球长期驻留，就要实现原位资源的利用开发，优先追求就地取材或者一次性供给后的自我循环，丁烈云的“烧结制砖技术”无疑是月面资源自给自足的重要手段之一。

“月壤砖的烧结问题如何处理？”丁烈云解释，目前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。真空环境下，月壤砖最佳烧结的温度是1000℃到1100℃之间，如果加压的话，烧结的时间花得更少。

这些模拟月壤砖能不能在月球上使用？丁烈云在实验中也遇到难题。他说，月表最低温度零下196℃、最高气温120℃，能不能承受月表环境一个循环的考验（一个循环指14天月昼和14天月夜），在实验中发现在高低温循环中模拟月壤砖强度没有下降，反而上升了。按照常理强度应该是下降的，至今还在寻找强度上升的原因。

◆月面建造机器人“中国超级泥瓦匠”：
丁烈云表示，月面建造面临各种极端环境挑战，这都需要一个聪明强大的机器人来完成砌筑和拼装工作，这个机器人便是“中国超级泥瓦匠”。

“希望能通过2028年左右的#嫦娥八号#搭载进行‘中国超级泥瓦匠’的技术实验验证。”国家数字建造技术创新中心周诚教授表示，他们会对月壤砖打印设备进行瘦身、减重，同时不断优化制备工艺。目前，“中国超级泥瓦匠”已有设计图纸。

能够搭载嫦娥八号的“中国超级泥瓦匠”究竟长什么样？周诚介绍，体重必须要在50千克以内，很像一台桌面打印机，只不过它吃进去的是月壤，吐出来的是一块块月壤砖。这样就可以完全在月面就地取材，无需人工参与。

丁烈云表示，“中国超级泥瓦匠”还有一个英文名字Chinese  Super  masons。目前“中国超级泥瓦匠”的雏形——月蜘蛛打印机器人正在设计中，该机器人将能够打印与拼装出几米高的建筑物，设计还在不断改进，未来经过原理样机的研发，完全可以成为“中国超级泥瓦匠”。

周建平向与会者描绘了2030年前把中国人送上月球的场景：首先要用新一代火箭发射20多吨重的着落器到月球轨道，然后从地面发射载人飞船到月球轨道和着落器对接，航天员从载人飞船进入着落器，着落器落月后航天员出舱，驾驶月球车进行科学考察。航天员完成任务后回到着落器，乘上升器回到月球轨道与载人飞船对接，载人飞船返回地球。

周建平表示，目前，空间站水资源完全实现了自给自足，但要是在月球上仅仅实现水资源的自给自足远远不够，原位建造、原位制造是一个绕不开的路径。