新技术利用微波烧结将月尘变成月球基地的太空砖

月球能源资源的发现和高昂的运输成本促使人们在利用月球碎石进行建筑方面进行创新。韩国研究所已经开发出一种利用微波烧结技术生产坚固、均匀的建筑材料的方法，这可以大大降低月球基础设施建设的成本。

人们对月球作为太空探索中心的兴趣与日俱增，但建设方面的挑战依然存在。KICT 创新性地使用月球碎屑和微波烧结技术，为建设月球基础设施提供了一种具有成本效益的方法。图片来源：ICON/BIG-Bjarke Ingels Group

月球最近发现了水冰等能源资源，使人们重新关注月球作为可持续太空探索中心的潜力。美国国家航空航天局（NASA）也宣布了阿耳特弥斯（Artemis）任务，旨在实现人类在月球表面的长期存在。然而，如何解决基础设施的扩建问题，如月球基地的建设至关重要。

然而，通过着陆器将建筑材料从地球运到月球表面，每公斤的成本高达 120 万美元。重量直接转化为成本，因此将建筑材料从地球运到月球几乎是不可能的。

采用优化工艺制造的 KLS-1 烧结块的照片和 X 射线 CT 图像。资料来源：韩国土木建筑技术研究院

为了解决这个问题，韩国土木建筑技术研究院（KICT，院长 Kim Byung-Suk）开发了利用月球原地资源生产建筑材料的技术。

月球上最容易获得的原地资源是月球碎石，也就是月球表面的土壤。利用月球碎石可以节约成本。月球碎石由细小颗粒组成，可以通过加热烧结。然而，在太空环境中，考虑能源效率是加热的关键。而微波在能效方面尤其具有优势。

韩国工业技术研究院未来与智能建筑研究部的Hyu-Soung， Shin博士领导的研究小组（Jangguen， Lee博士、Young-Jae， Kim博士、Hyunwoo， Jin博士）利用微波烧结技术，通过加热和压实月球碎石模拟物来生产砌块。

使用微波加热月球碎屑时，可能会形成局部冷热点。这些热点会导致局部热失控，阻碍均匀加热和烧结。为了解决这个问题，研究人员制定了一个具有特定温度和停留时间的阶梯式加热程序。此外，月球碎屑含有包括水在内的挥发性物质。加热这些挥发性物质会在烧结过程中造成内部裂缝。研究小组通过在 250°C 的真空条件下使用预热的月球岩石模拟物来缓解裂缝的形成。

为了评估用于建筑材料的烧结砌块的完整性，对生产的砌块在特定位置进行了钻芯。钻芯样品的平均密度、孔隙率和抗压强度分别约为 2.11 g/cm³、29.23% 和 13.66 MPa。相应的标准偏差分别为 0.03、1.01 和 1.76，证实了烧结块的均匀性质。

许多与微波烧结技术有关的空间建设研究都产生了小型或异质烧结体，接下来他们将计划在太空环境中验证这项技术，通过在太空条件下进行验证，可以更好地满足对太空建筑、基础设施建设日益增长的需求。

编译自/ScitechDaily