參考消息網4月26日報道美國《大眾機械》月刊網站4月5日發(fā)表題為《我們將如何在月球上修建第一批道路》的文章,。文章稱，月球道路將從用月壤制造混凝土做起,，可能還會3D打印路面,。主要內容編譯如下：

未來采礦基地和2025年“阿耳忒彌斯3號”登月任務等計劃將開啟人類在太陽系留下更廣泛足跡的新時代。我們正在采取切實行動使月球成為真正可行的科學殖民地,，無數(shù)作家和電影制作人關于人類在月球上生活的最瘋狂想象在現(xiàn)實面前相形見絀,。

建設道路和科研站點等長期基礎設施的兩大關鍵在于：可持續(xù)地生產可在月球上獲取和加工的材料；擁有可在現(xiàn)場建造基礎設施的月基設備,。

為研發(fā)必要的技術,，美國國家航空航天局（NASA）對學界和業(yè)界的工程創(chuàng)新進行了投資。2022年,，NASA與總部設在美國奧斯汀的3D打印企業(yè)艾康公司簽署了價值5720萬美元的合同,，準備在月球上修建道路和其他基礎設施?！鞍⒍瘡浰埂庇媱潓槿祟愒谠虑蛏祥L期,、持續(xù)存在奠定基礎，包括演示用于提取金屬的月球采礦工具,。

在學術界,，美國賓夕法尼亞州立大學教授斯文·G·比倫等工程師正試圖設計可行的月球表面基礎設施，包括3D打印人類居所和道路,，以及用微波為月球上的各種設備提供動力,。

為何需要在月球修路

在月球上修路不僅是為了看起來具有未來感和酷炫,。眾所周知，在光禿禿的月壤（由沙塵,、土壤和碎石構成的月球松散的表層）上行駛會引發(fā)問題——危險的問題,。“阿波羅”計劃宇航員乘坐月球車順利執(zhí)行了任務,，但他們很快意識到,，沙塵也被帶回了月球車,。比倫在接受《大眾機械》記者采訪時說：“首先,，月壤沒有像地球上的沙子或碎石那樣被風化，所以就像鋸齒狀的小刀片,，它們會進入并磨損設備接頭和橡膠墊圈,。”其次,，由帶靜電的顆粒構成的月塵不僅會附著在一切物體上,，還會被吸入呼吸道，對人體健康而言很危險,。比倫說,，平坦緊實的路面可以防止揚塵。

修路需要把松散的顆粒壓成堅硬的表面,。比倫說：“在地球上,，我們有很多方法可以實現(xiàn)這一點。最簡單的辦法就是把地面拍實,，實質上就是壓縮,。修很多土路時都是這樣處理的。但問題是,，這種路不是特別耐用,。在這種路面上行駛往往會造成損耗。另一種方法是,，把碎石和焦油混合在一起——這實質上是制造瀝青,，然后鋪在路面上?！?/p>

在地球上,，我們可以使用經歷了化學硬化過程的水泥、細沙和少量其他化合物來制造混凝土,。但在月球上,，我們缺乏通常用來修路的材料。

利用月壤制造混凝土

因此,，用月壤制造混凝土將成為一種必備能力,。比倫和賓夕法尼亞州立大學土木工程學教授亞歷山德拉·拉德林斯卡所在的跨學科團隊在2019年NASA組織的3D打印居所挑戰(zhàn)賽中獲得了第二名,。拉德林斯卡及其土木工程系的同事設計出建造穩(wěn)定的、用機器人3D打印的火星居所必需的混凝土,。這種混凝土基于一種“火星混凝土”,，后者是一種將熔化的硫黃和沙子混在一起的材料。包括賓夕法尼亞州立大學教授在內的許多工程師一直在研究“火星混凝土”的用途,。

賓夕法尼亞州立大學團隊的混凝土原本必須模擬火星土壤,，所以用的水非常少。然而,，在挑戰(zhàn)賽期間,，科學家們發(fā)現(xiàn)，有確鑿證據(jù)表明火星有水,，因此工程師們得以改變混合物構成,，使用更方便的波特蘭水泥。這種水泥是建筑行業(yè)最常用的水泥,，由石灰?guī)r,、黏土礦物、石膏和水構成,。

月球將需要一種用月壤制造的成分不同的混凝土,。過去幾年間，拉德林斯卡的團隊將模擬月壤材料送往空間站,，以測試它們在不同重力條件下如何與水混合,。一些樣本被放在空間站外部，以模擬月球上的極端溫度和輻射,。

2022年,，拉德林斯卡對美國土木工程師協(xié)會說，最終,，月球上的混凝土可能不含任何水,，因為水太珍貴，必須用于維持生命和滿足其他需求,。此外,，還存在其他挑戰(zhàn)，比如,，在重力極低的情況下,，混凝土會形成許多裂縫，需要在設計時解決這個問題,。拉德林斯卡對美國土木工程師協(xié)會說,，之所以會出現(xiàn)這種問題，是因為“太空中的負重分布情況與地球上不同,，因此必須調整這些新材料的張力平衡”,。她說,，一種方案是，用月球上的玄武巖纖維來強化混凝土結構,。

比倫認為,，無論建筑原料最終是何種形式，賓夕法尼亞州立大學團隊都已證明,，在月球上,，3D打印技術可能是最理想的建筑方法。它很高效,，而且比起從24.95萬英里（約合40萬公里）外的地球運輸材料,，它的成本低得多。目前將火箭及其搭載的貨物送入地球軌道的成本約為每公斤1萬美元,。利用月球上現(xiàn)有的資源是一個更加可行的解決方案,。

今年3月,，比倫領導的賓夕法尼亞州立大學學生研究團隊被NASA選中參加該機構組織的突破,、創(chuàng)新和顛覆（BIG）理念挑戰(zhàn)賽。他們將嘗試用創(chuàng)造性的方法在月球上搜尋金屬資源,。比倫說,，這些月壤中的金屬可能被用于加固混凝土道路。在地球上,，我們通過插入鋼筋來加固混凝土結構,。而在月球上，我們或許可以開采鈦鐵礦,，即月壤中的黑色鐵鈦氧化物,。比倫說，熔煉——加熱并熔化鐵鈦氧化物以提取其金屬成分——可以生產在月球上修路所需的鋼筋,。

英國曼徹斯特大學的一個團隊最近推出了由模擬火星土壤,、馬鈴薯淀粉和少許鹽混合而成的“星球混凝土”，其強度為傳統(tǒng)混凝土的兩倍,，是地外建筑項目的優(yōu)秀候選材料,。

NASA預計，在未來幾年里,，全球各地多個研究團隊都將進行月球技術的小規(guī)模演示,。比倫提醒說，雖然這是重要的一步,，但我們距離修建月基建筑還很遙遠,。他說：“技術演示和在月球上真正進行大規(guī)模建設之間存在很大區(qū)別?！?/p>

用微波技術加工金屬

除了3D打印技術和制造月球混凝土之外,，NASA還在投入研究資金的一個領域是微波燒結,，即利用高功率微波加熱并壓縮金屬粉末，直到后者硬化成堅固的材料,。這種材料看起來有點像玻璃,，可以用于制作磚塊，然后被安裝到路面或其他結構中,。比倫正在探索微波技術在月球上的諸多用途,。他說，微波可以促進混凝土固化,。

他說,，我們可以在月球上建立“微波經濟”，因為微波可以在道路材料和磚塊的制作過程中為各個環(huán)節(jié)提供動力,，比如金屬加工,。微波還可以服務于醫(yī)療、農業(yè)加工,，當然還有烹飪領域,。有了微波，輸電就不需要大量電纜,。比倫說：“你可以在月球上從一地向另一地輸送電力,，以運行月球車等設備?！崩?，他的一名學生正在研究一種以水為基礎、利用微波的推進技術,。

比倫說,，月球地形本身也是月球基礎設施可利用的一種資源。例如,，科學家正在考慮把空的熔巖管當作人類居所或儲存交通工具和材料的倉庫,。比倫說：“好處在于不用建造它們，只需要進行修繕,?！蓖瑯樱E石坑可以用作防爆屏障,、著陸點或居所的地基和墻壁,。他說：“就像地球上的道路規(guī)劃者會利用地形和景觀的特點一樣。如果有山,，他們不會簡單地穿過去,，對吧？除非這是最有效的方式?！蓖瑯?，我們也可以在月球的自然地形周圍修建道路和工作或生活區(qū)。

月球也將成為人類探索太空的“起跳點”,。NASA在3月底宣布了“從月球到火星”計劃,，相關的“從月球到火星行星自主建造技術”（MMPACT）項目側重于月球建設，準備將我們在月球上學到的技術應用于火星居所,。

比倫猜測,，第一批宇航員可能要到本世紀30年代才會在月球上停留。他說,，在讓人類在月球上持續(xù)存在成為現(xiàn)實的路上,，我們才剛剛起步，而且只有不同學科——比如建筑,、土木工程和電氣——通力合作,，我們才能實現(xiàn)這一目標。

幸運的是,，在執(zhí)行星際任務時,，這樣的合作正變得越來越普遍。比倫說：“這不是一個小問題,。只有把不同背景的人聚在一起,，才能真正想出新的解決方案,?！?/p>