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火山灰模拟月壤 “砌筑拼装”建基地 华科团队琢磨月球造房这事儿
2019-12-01 10:28:18 来源: 长江日报

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  模拟月壤及烧结月球砖 长江日报记者王慧纯 摄

  近年来,“中国智造”已成为中国走向世界的重要标签。昨日,长江日报记者在2019国际建筑科技博览会上了解到,最前沿的科学家和建筑师正在思考“月球建造”。

  由武汉市城市建设投资开发集团有限公司、华中科技大学等主办的2019国际建筑科技博览会,正在武汉国际博览中心举行,近300家企业和机构参展,展示中国建筑业的最新发展动向。

  展会上的“尖板眼”和“黑科技”让观众大开眼界,其中就有华中科技大学的“迷之展位”——“未来月球基地原位建造”。

  中国工程院院士、华中科技大学教授丁烈云带队的湖北省数字建造与安全工程技术研究中心提出该构想,团队将中国传统“制砖-砌筑”的建造方式与3D打印建造方式相结合,设计了月球“玄武基地”的整体方案及“整体预制拼装、局部打印连接”的月球基地原位建造方法,他们甚至还用火山灰模拟了月球土壤,将其烧制成建造材料展出。

  登月还很难办到,就要在月球上造房了?长江日报记者采访了团队成员、华中科技大学土木工程与力学学院副教授周诚,他表示,这是全世界顶尖科学家都在思考的重大科学项目,“我们团队一直在做极端环境的建造研究,如地下工程、高海拔桥隧工程、海洋岛礁的建造技术等。丁老师2015年提出这个设想,把极端环境建造扩展到太空,针对月球基地建造提出了一套比较完整的技术体系,包括基地选址、建材制备,建筑设计到结构设计、装配式无人建造方案等。”

  周诚介绍,月球造房子最大的挑战在于极端环境。月球上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;温差极大,白天最高160℃,夜晚最低零下180℃,大温差对房子的结构性能有很大影响;月球上还有时间更长频率更高的“月震”,给基地建造带来挑战,等等。团队为此做了很多研究,“中国探月工程表明,还是能够找到一些合适造月球基地的地方。比如月球南极可能有连续光照的区域,可以作为月球基地的理想选址。”

  在基地建造方面,周诚说,国际上对月球建造的共识是,不从地球上带物质上去,1克的运输成本超过100万美金,代价太高,所以应该尽可能使用月球上的材料进行原位建造。美国航空航天局和欧洲航天局的技术体系是3D打印,这个工艺可以建造各种形状的月球基地结构,但3D打印是个连续过程,一旦打印过程出现被打印结构破损开裂的情况,整个结构就失效了,一次性成型的风险很高,同时耗能太大。他们团队借鉴中国传统砌筑和榫卯连接方式,提出利用月壤烧结出带有榫卯结构的月球砖,再进行拼装建造,通过烧结月球砖把一次性成型的风险分散掉,然后机器人砌筑,同时用3D打印加强连接来完成结构。

  华中科技大学还验证了怎样利用探月着陆器的下降级残骸等废弃金属材料进行3D打印来粘合月球砖的缝隙。

  周诚表示,这样的研究能激发青少年对月球对太空建造的兴趣,“在月球上造房子,不一定是我们这一代完成的事,但未来会有人解决这个问题。月球基地建造的研究也可以催生出新的技术和业态,如3D打印建造、机器人砌筑,这将是一个公众参与的过程,通过民间更大的力量来推动研究进程。以前我们做的很多工作都是服务于重大工程建造的,我们希望通过华中科技大学的前沿研究和颠覆性技术,提高中国建造的科技创新水平。”(记者王慧纯 陈晨)

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