從月塵到基地：新型3D激光技術或將成為月球基地的未來

俄亥俄州立大學的科學家們正在用激光熔化月壤，以建造月球基地的地基。

俄亥俄州立大學的研究人員已經證明，激光3D打印技術可用于將月球塵埃轉化為可行的月球建筑。一旦該技術得以應用，不僅成本效益高，而且由此建造的結構將極其耐用、耐熱且無毒。這種技術被稱為"原位資源利用"，它將無需再為建造未來的長期基地而向月球運送建筑材料。

如果得以實現，這項技術可用于未來的載人任務，建造諸如居住艙、工具、著陸坪、輻射屏蔽層以及其他關鍵的結構部件。

可供參考的是，月球塵埃通常顆粒極其細微，往往鋒利且具有高度研磨性。它外觀呈玻璃狀，且富含玄武巖，尤其是在月球所謂的"高地"和"月海"區域。

雖然月球塵埃在月球上非常普遍，但在地球上卻極為稀缺。因此，研究團隊不得不使用人工合成的模擬物來測試他們的新技術。為此，他們使用了名為LHS-1的材料，這種材料與月球高地的風化層非常接近。研究小組將這種模擬月塵鋪成薄薄的一層，然后用高能激光照射。

利用月球，建造月球

激光會熔化塵埃中的顆粒，使它們融合在一起。待其冷卻凝固后，團隊再添加額外的塵埃層，并無限重復此過程。最終得到的材料是一種類似陶瓷的物質，非常堅固、耐熱且經久耐用。他們還發現，這個過程可以在多種表面（如不銹鋼、玻璃，甚至鋁硅酸鹽陶瓷）上完成。

研究團隊發現，月塵陶瓷通常很難粘附在鋼和玻璃上，但與其他非月壤陶瓷材料卻能很好地粘合。這并不太令人意外，因為鋁硅酸鹽往往能與熔化的月塵形成兼容的晶體結構。將其用作基底，可以提高最終產品的機械強度、抗熱震性和結構穩定性。

研究小組還研究了其他環境因素，如氧氣水平和激光功率。他們發現這種新材料似乎對環境條件極其敏感，這是一個重要的發現，因為要使這個過程有用，它需要在實驗室外的"真實世界"中發揮作用。

該研究的主要作者徐思哲說："通過在打印過程中結合不同的原料，如金屬和陶瓷，我們發現最終材料對環境非常敏感。不同的環境會導致不同的特性，這直接影響特定部件的機械強度和抗熱震性。"

比運送物資更便宜

如果將來在月球上應用，這一點至關重要，因為月球沒有大氣層，并且溫度波動劇烈（約從+120°C到零下170°C）。這種規模的溫度變化往往會導致嚴重的熱沖擊，從而產生裂縫并最終失效。

研究的另一位作者薩拉·沃爾夫說："太空中存在一些很難在地面模擬物中復現的條件。它在實驗室里可能行得通，但在資源匱乏的環境中，你必須嘗試一切方法來最大化機器適應不同場景的靈活性。"

展望未來，這樣的技術對未來的月球任務，尤其是"阿爾忒彌斯"計劃，可能具有開創性意義。該計劃的主要目標之一是在月球上建立長期、可持續的存在。為此，美國宇航局需要在月球上建造長期基礎設施，像這樣的技術將非常實用。特別是考慮到運送混凝土或鋼材等物資將極其昂貴。

她繼續說道："如果我們能利用極少的資源在太空中成功制造物品，那意味著我們也能在地球上實現更好的可持續性。為此，提高機器適應不同場景的靈活性是我們正在努力實現的目標。"

這項研究已發表在《宇航學報》期刊上。

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