近日，我國首臺(tái)月壤打磚機(jī)在深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室研制成功，這種打磚機(jī)可以利用聚光太陽能將月壤熔融成型，未來可以實(shí)現(xiàn)用月球的土建設(shè)月球的房子。
這套裝置的成功研制經(jīng)歷了哪些階段？由它制成的月壤磚有哪些特點(diǎn)？從“月壤磚”到“月球房”，還需要完成哪些步驟？圍繞這些熱點(diǎn)話題，7月26日，科技日?qǐng)?bào)記者專訪了相關(guān)專家。
一問：月壤打磚機(jī)樣機(jī)如何研制？
“從方案構(gòu)想到樣機(jī)成型，月壤打磚機(jī)的研發(fā)歷時(shí)約2年，走過了方案論證、產(chǎn)品研制和工藝迭代三個(gè)關(guān)鍵階段。”深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室未來技術(shù)院工程師楊洪倫介紹道。
在方案論證階段，科研團(tuán)隊(duì)針對(duì)太陽能聚光技術(shù)開展了一系列驗(yàn)證試驗(yàn)，最終選擇了菲涅爾透鏡聚光、薄膜透鏡聚光等類型的聚光方式；在月壤成型方面，通過論證采用了粉末燒結(jié)和粉末床熔覆成型技術(shù)路線，為后續(xù)研發(fā)指明方向。
在產(chǎn)品研制階段，科研人員重點(diǎn)針對(duì)能量高效匯聚—傳輸、月壤致密化輸運(yùn)等問題，開展了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。
“月壤打磚機(jī)需要實(shí)現(xiàn)3000倍以上聚光太陽能傳輸，光纖束易發(fā)生燒蝕損壞。我們和合作團(tuán)隊(duì)針對(duì)光纖束，開展了近百次工藝試驗(yàn)和性能測(cè)試，研制新型能量傳輸光纖束，打破光纖能量傳輸效率低、易燒蝕等難題；針對(duì)月壤致密化輸運(yùn)，開展多類型月壤輸運(yùn)機(jī)構(gòu)仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終提出復(fù)合式月壤鋪展機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)月壤致密化、均勻輸運(yùn)。”楊洪倫說。
在工藝迭代方面，月球上月壤礦物復(fù)雜，不同區(qū)域的月壤存在明顯差異，月壤打磚機(jī)需要適應(yīng)不同類型月壤，為此科研人員配制月海玄武質(zhì)、高地斜長質(zhì)、純斜長巖等多種模擬月壤，在打磚機(jī)開展了反復(fù)試驗(yàn)，最終完成樣機(jī)迭代改進(jìn)。
二問：月壤磚怎么制成？
月壤打磚機(jī)，又稱“月壤原位3D打印系統(tǒng)”，是由深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)。
楊洪倫告訴記者，月壤打磚機(jī)的工作原理是通過一個(gè)拋物面反射鏡實(shí)現(xiàn)太陽能的高倍匯聚，并通過光纖束進(jìn)行能量傳輸，在光纖束的末端產(chǎn)生3000倍以上的太陽能聚光比。通過精確的光學(xué)系統(tǒng)，太陽光被聚焦到一個(gè)小點(diǎn)，迅速將其溫度提高至1300℃以上，從而實(shí)現(xiàn)月壤的融化。
“由于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)位于室內(nèi)，不具備太陽直射的條件，因此研制團(tuán)隊(duì)使用了太陽模擬器，將3000倍太陽光的能量傳遞到模擬月壤上，進(jìn)行月壤熔融試驗(yàn)。”楊洪倫說。
值得一提的是，這臺(tái)裝置制成的月壤磚是100%原位月壤資源，無需其他任何添加劑。同時(shí)月壤具備高強(qiáng)度、致密化等特點(diǎn)，除了建房子，還可以滿足設(shè)備平臺(tái)、路面等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求。
三問：建造“月球房”還需完成哪幾步？
記者走進(jìn)位于安徽合肥高新區(qū)的深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室工作人員正在調(diào)試這臺(tái)設(shè)備。
“盡管月壤打磚機(jī)已取得階段性突破，但要在月球上真正建成房屋，仍需跨越多重技術(shù)障礙。”楊洪倫對(duì)記者說。
楊洪倫說，在月面高真空、低重力等極端環(huán)境條件下，月壤磚難以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)月面人居結(jié)構(gòu)建設(shè)，“月壤磚主要承擔(dān)艙體表面防護(hù)功能，還需要與剛性結(jié)構(gòu)艙、柔性氣囊艙等建造方式相結(jié)合，方能完成月面房屋建設(shè)。”
實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需分三步走：一是進(jìn)一步開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，完成月壤磚制造、建筑構(gòu)件搭建、建筑物結(jié)構(gòu)評(píng)估等一系列技術(shù)突破和全流程驗(yàn)證；二是通過航天工程任務(wù)，完成月壤打磚機(jī)和建造作業(yè)的月面真實(shí)條件下技術(shù)驗(yàn)證；三是研制可承受人居艙室氣壓的艙段，并與月壤打磚機(jī)、月面作業(yè)機(jī)器人協(xié)同工作，形成完整的月面建筑施工體系，最終完成房屋建造。
隨著這些技術(shù)的逐步突破，人類在月球上“用本土材料建房子”的夢(mèng)想正從科幻走向現(xiàn)實(shí)。而這臺(tái)月壤打磚機(jī)，無疑是鋪就這條“登月建房”之路的第一塊“基石”。
近日，我國首臺(tái)月壤打磚機(jī)在深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室研制成功，這種打磚機(jī)可以利用聚光太陽能將月壤熔融成型，未來可以實(shí)現(xiàn)用月球的土建設(shè)月球的房子。
這套裝置的成功研制經(jīng)歷了哪些階段？由它制成的月壤磚有哪些特點(diǎn)？從“月壤磚”到“月球房”，還需要完成哪些步驟？圍繞這些熱點(diǎn)話題，7月26日，科技日?qǐng)?bào)記者專訪了相關(guān)專家。
一問：月壤打磚機(jī)樣機(jī)如何研制？
“從方案構(gòu)想到樣機(jī)成型，月壤打磚機(jī)的研發(fā)歷時(shí)約2年，走過了方案論證、產(chǎn)品研制和工藝迭代三個(gè)關(guān)鍵階段。”深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室未來技術(shù)院工程師楊洪倫介紹道。
在方案論證階段，科研團(tuán)隊(duì)針對(duì)太陽能聚光技術(shù)開展了一系列驗(yàn)證試驗(yàn)，最終選擇了菲涅爾透鏡聚光、薄膜透鏡聚光等類型的聚光方式；在月壤成型方面，通過論證采用了粉末燒結(jié)和粉末床熔覆成型技術(shù)路線，為后續(xù)研發(fā)指明方向。
在產(chǎn)品研制階段，科研人員重點(diǎn)針對(duì)能量高效匯聚—傳輸、月壤致密化輸運(yùn)等問題，開展了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。
“月壤打磚機(jī)需要實(shí)現(xiàn)3000倍以上聚光太陽能傳輸，光纖束易發(fā)生燒蝕損壞。我們和合作團(tuán)隊(duì)針對(duì)光纖束，開展了近百次工藝試驗(yàn)和性能測(cè)試，研制新型能量傳輸光纖束，打破光纖能量傳輸效率低、易燒蝕等難題；針對(duì)月壤致密化輸運(yùn)，開展多類型月壤輸運(yùn)機(jī)構(gòu)仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終提出復(fù)合式月壤鋪展機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)月壤致密化、均勻輸運(yùn)。”楊洪倫說。
在工藝迭代方面，月球上月壤礦物復(fù)雜，不同區(qū)域的月壤存在明顯差異，月壤打磚機(jī)需要適應(yīng)不同類型月壤，為此科研人員配制月海玄武質(zhì)、高地斜長質(zhì)、純斜長巖等多種模擬月壤，在打磚機(jī)開展了反復(fù)試驗(yàn)，最終完成樣機(jī)迭代改進(jìn)。
二問：月壤磚怎么制成？
月壤打磚機(jī)，又稱“月壤原位3D打印系統(tǒng)”，是由深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)。
楊洪倫告訴記者，月壤打磚機(jī)的工作原理是通過一個(gè)拋物面反射鏡實(shí)現(xiàn)太陽能的高倍匯聚，并通過光纖束進(jìn)行能量傳輸，在光纖束的末端產(chǎn)生3000倍以上的太陽能聚光比。通過精確的光學(xué)系統(tǒng)，太陽光被聚焦到一個(gè)小點(diǎn)，迅速將其溫度提高至1300℃以上，從而實(shí)現(xiàn)月壤的融化。
“由于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)位于室內(nèi)，不具備太陽直射的條件，因此研制團(tuán)隊(duì)使用了太陽模擬器，將3000倍太陽光的能量傳遞到模擬月壤上，進(jìn)行月壤熔融試驗(yàn)。”楊洪倫說。
值得一提的是，這臺(tái)裝置制成的月壤磚是100%原位月壤資源，無需其他任何添加劑。同時(shí)月壤具備高強(qiáng)度、致密化等特點(diǎn)，除了建房子，還可以滿足設(shè)備平臺(tái)、路面等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求。
三問：建造“月球房”還需完成哪幾步？
記者走進(jìn)位于安徽合肥高新區(qū)的深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室工作人員正在調(diào)試這臺(tái)設(shè)備。
“盡管月壤打磚機(jī)已取得階段性突破，但要在月球上真正建成房屋，仍需跨越多重技術(shù)障礙。”楊洪倫對(duì)記者說。
楊洪倫說，在月面高真空、低重力等極端環(huán)境條件下，月壤磚難以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)月面人居結(jié)構(gòu)建設(shè)，“月壤磚主要承擔(dān)艙體表面防護(hù)功能，還需要與剛性結(jié)構(gòu)艙、柔性氣囊艙等建造方式相結(jié)合，方能完成月面房屋建設(shè)。”
實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需分三步走：一是進(jìn)一步開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，完成月壤磚制造、建筑構(gòu)件搭建、建筑物結(jié)構(gòu)評(píng)估等一系列技術(shù)突破和全流程驗(yàn)證；二是通過航天工程任務(wù)，完成月壤打磚機(jī)和建造作業(yè)的月面真實(shí)條件下技術(shù)驗(yàn)證；三是研制可承受人居艙室氣壓的艙段，并與月壤打磚機(jī)、月面作業(yè)機(jī)器人協(xié)同工作，形成完整的月面建筑施工體系，最終完成房屋建造。
隨著這些技術(shù)的逐步突破，人類在月球上“用本土材料建房子”的夢(mèng)想正從科幻走向現(xiàn)實(shí)。而這臺(tái)月壤打磚機(jī)，無疑是鋪就這條“登月建房”之路的第一塊“基石”。
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