从月尘到基地：新型3D激光技术或将成为月球基地的未来

俄亥俄州立大学的科学家们正在用激光熔化月壤，以建造月球基地的地基。

俄亥俄州立大学的研究人员已经证明，激光3D打印技术可用于将月球尘埃转化为可行的月球建筑。一旦该技术得以应用，不仅成本效益高，而且由此建造的结构将极其耐用、耐热且无毒。这种技术被称为"原位资源利用"，它将无需再为建造未来的长期基地而向月球运送建筑材料。

如果得以实现，这项技术可用于未来的载人任务，建造诸如居住舱、工具、着陆坪、辐射屏蔽层以及其他关键的结构部件。

可供参考的是，月球尘埃通常颗粒极其细微，往往锋利且具有高度研磨性。它外观呈玻璃状，且富含玄武岩，尤其是在月球所谓的"高地"和"月海"区域。

虽然月球尘埃在月球上非常普遍，但在地球上却极为稀缺。因此，研究团队不得不使用人工合成的模拟物来测试他们的新技术。为此，他们使用了名为LHS-1的材料，这种材料与月球高地的风化层非常接近。研究小组将这种模拟月尘铺成薄薄的一层，然后用高能激光照射。

利用月球，建造月球

激光会熔化尘埃中的颗粒，使它们融合在一起。待其冷却凝固后，团队再添加额外的尘埃层，并无限重复此过程。最终得到的材料是一种类似陶瓷的物质，非常坚固、耐热且经久耐用。他们还发现，这个过程可以在多种表面（如不锈钢、玻璃，甚至铝硅酸盐陶瓷）上完成。

研究团队发现，月尘陶瓷通常很难粘附在钢和玻璃上，但与其他非月壤陶瓷材料却能很好地粘合。这并不太令人意外，因为铝硅酸盐往往能与熔化的月尘形成兼容的晶体结构。将其用作基底，可以提高最终产品的机械强度、抗热震性和结构稳定性。

研究小组还研究了其他环境因素，如氧气水平和激光功率。他们发现这种新材料似乎对环境条件极其敏感，这是一个重要的发现，因为要使这个过程有用，它需要在实验室外的"真实世界"中发挥作用。

该研究的主要作者徐思哲说："通过在打印过程中结合不同的原料，如金属和陶瓷，我们发现最终材料对环境非常敏感。不同的环境会导致不同的特性，这直接影响特定部件的机械强度和抗热震性。"

比运送物资更便宜

如果将来在月球上应用，这一点至关重要，因为月球没有大气层，并且温度波动剧烈（约从+120°C到零下170°C）。这种规模的温度变化往往会导致严重的热冲击，从而产生裂缝并最终失效。

研究的另一位作者萨拉·沃尔夫说："太空中存在一些很难在地面模拟物中复现的条件。它在实验室里可能行得通，但在资源匮乏的环境中，你必须尝试一切方法来最大化机器适应不同场景的灵活性。"

展望未来，这样的技术对未来的月球任务，尤其是"阿尔忒弥斯"计划，可能具有开创性意义。该计划的主要目标之一是在月球上建立长期、可持续的存在。为此，美国宇航局需要在月球上建造长期基础设施，像这样的技术将非常实用。特别是考虑到运送混凝土或钢材等物资将极其昂贵。

她继续说道："如果我们能利用极少的资源在太空中成功制造物品，那意味着我们也能在地球上实现更好的可持续性。为此，提高机器适应不同场景的灵活性是我们正在努力实现的目标。"

这项研究已发表在《宇航学报》期刊上。

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