面臨面｜“基建狂魔”要用榫卯工藝在月球蓋房？專訪“中國超等台灣水電網泥瓦匠”
2024年11月15日23時13分，天船八號貨運飛船奔赴天宮。約3小時后，天船、天宮“牽手勝利”，“小時達”被勝利簽收。11月16日早上，神船十九號航天員乘組在空中共同下，打開天船八號艙門，開始太空“拆快遞”。此次下行的貨品中，有一份奧秘年夜禮包，那就是月中山區 水電壤磚，來自位于華中科技年水電行夜學的國家數字建造技術創新中間。
丁烈云：我們是做了幾套，此中有一套就放在這兒，天船八號帶上往的就這三塊。
月壤磚，是未來能夠用于月球蓋屋子的建筑資料，此次“月壤磚”前去空間站開展艙外裸露實驗，為未來在月建設積累科研數據。丁烈云作為中國工程院院士、國家數字建造技術創新中間首席科學家，牽頭了月壤磚的研制。
丁烈云：月壤磚強度，有兩個原因的影響很是年夜，一個原因是礦物的成分。分歧的礦物成分會影響它的強度，別的還有一種是它的燒結方法紛歧樣，燒結的工藝紛歧樣，比喻說我們這采取三種燒結工藝。
送往空間站的月壤磚形態分歧，分別采用了5種分歧的模擬月壤成分和3種分歧的燒結工藝制作而成。和月壤磚同時到達空間站的，還有一份艙外裸露實驗的操縱指南。
丁烈云：在問天艙裡面，要外掛在下面進行裸露實驗，通過宇宙射線。還有零下100攝氏度，零上100多攝氏度，高下溫的這種熱振，不斷地循環，看它今后的劣化是一個什么樣的情況。
記者：給它考驗多長時間？
丁烈云：我們一共是三塊板，有一塊板一年以后取下來，剖析一下，第二塊板是兩年以后，最后一塊板是三年以后取下來，取下來以后，就跟空中的，我們做的同批樣品，進行機能的測試。
記者：那你們實驗可真夠長的，最短的還得一年之后呢。
丁烈云：科學研討就是這樣的。我們土木匠程有個很年夜的特點，它是一個百年年夜計，我們做一棟屋子，不是說我住一個幾年。特別在月球上往建，老化的這些機理必定要搞明白。搞明白了以后。你才幹夠構成一份標準，建筑的標準，所以做研討不克不及著急，一個步驟一個步驟地做。
作為人類獨一抵達過的地外天體，月球一向是科學家研討的主要對象。國際上，各航天年夜國也紛紛提出月球中長期駐留設想，掀起了新一輪探月熱潮。在華中科技年夜學的國家數字建造技術創新中間，實驗室的一個沙盤，模擬了未來月球基地的場景。
“月壺尊”外形酷似豎立的雞蛋殼。內部空間分紅高低兩層，分別為任務區台北 水電行和歇息區。
“月壺尊”是月面基地建筑物的定型樣式，丁烈云團隊還有別的一個年夜膽的構想，那就是月球玄武基地，它是將中國傳統制磚砌筑的建造方法與3D打印建造方法相結合，采用整體預水電 行 台北制拼裝、部分打印連接的方法，設計建造月面基地。2015年，恰是對3D打印技術應用于建筑領域的研姿勢，整個人就是一朵蓮花，非常的漂亮。討，把丁烈云的思緒帶到了月球。
2015年，丁烈云正中正區 水電在擔任華中科技年夜學的校長，對高校在科技進步中的感化，他有本身的思慮。
丁烈云：高校必定要做未來的事，必定要做引領的事，甚至更長一點，你比喻說十年以后的事，甚至是更長的一些事。
丁烈云沒有將設想逗留在紙面，而是瞄準月面基中正區 水電地建造帶領團隊說干就干。當時他們可以參考的是american阿波羅計劃獲得的月球資料，包含月球概況結構特征和月面物質的化學成分、光學及熱力學物理特徵等。
水電記者：那您怎么能確保從各種各樣的文獻，不論是一手的，也許有二手的，那么從這些現存的資台北 水電 維修料里轉身一樣安靜。 .面，能夠彙集剖析，得出一個準確的結論。
丁烈云：不要說這個月球上的月壤，就是地球下面，它也不會有兩個，完整一樣的這個地質，它是不斷地變化的，所以我們更多還是要找出它的主成分是什么。
研討表白，月壤是分布于月球概況的一層厚達幾至十幾米的土狀混雜物，重要由巖石碎屑、礦物碎屑、玻璃質顆粒和黏合劑組成。月壤成分在分歧的區域存在差異，如月海地區重要是玄武質高鈦和低鈦月壤，而月球窪地地區則為斜長巖質月壤。而長白山的火山灰，他的岳父告訴他，他希望如果他將來有兩個兒子，其中一個姓蘭，可以繼承他們蘭家的香火。是地球上能找到的和月壤成分比較接近的泥土。
記者：拉回來以后怎么用它呢？
丁烈云：起首要把它做成模擬月壤，模擬月壤就依照文獻下面公開發表的那些成分，比喻說先把它清洗，清洗完了以后把中正區 水電行它烘干，月壤是沒有水的，台北 水電 行我們要把它烘干，烘干了以后，把它的有機質往失落，因為地球上的模擬月壤確大安區 水電定是有有機質的，真正的月壤它是沒有有機質的。再把它碾碎，碾碎了以后再剖析它的成分，因為月壤構成的成分無非就是這么幾種，你了解一下狀況它里面還缺什么，缺什么再加，加了以后就變成這樣一個配制的模擬月壤。
獲得模擬月壤后，下一個步驟就是解決月壤成型的問題。對原位建造的尋求，驅使丁烈云團隊尋求新的成型方式。
丁烈云：月壤成型它今朝有幾種成型，比喻說一種成型它是通過堿激發，燒堿加水，把月壤能夠凝結起來，或許加這種硫黃。然后再進行3D打印，可是一想你這蔡修口齒伶俐，說話直截了當，讓藍玉華聽得眼睛一亮，有種得了寶物的感覺。不是百分之百的原位。
記者：什么叫原位？
丁烈云：原位就是不帶任何東西，完整應用月球上的資源，因為你要帶燒堿，你還要帶硫黃到那往，那就不是原位。水電行
在月面建什么樣的建筑，丁烈云團隊一向在進行各種嘗試，開初嘗試了穹頂結構、拱形結構以及柱狀結構，良多外型反復嘗試，既要合適月球概況的應用環境，又要便利建造。
月壺尊是雙層的穹頂結構，觸及12個設計參數，滿足空間最年夜、應力最低、保溫隔熱的請求，並且自重小、用的資料少。對于3D打印機來說，也必須滿足必定的請求。
丁烈云：火箭的運載的才能，現在不克不及運載這么重的一些設備。所以現在等于說還沒有到這種水平，只是還是要驗證。用這個月壤進行擠，擠出來了以后，能不克不及成為一個完全的形狀。它因為打的時候要流動性好，流動性欠好它擠不出來，可是流動性太好了以后，你打得它塌下往了，所以怎么樣往找到一個合適的，流動性又好，同時讓它又能夠粘得住，能夠具有必定的穩定性，這個就要不斷地研討。
丁烈云團台北 水電隊設想采用的3D打印施工，是先在月表用注漿加固法打地基，大安區 水電然后在地基上打印結構，穹頂采用氣囊放置法固定，再在氣囊上打印穹頂，最終打印成型。這個工藝可以建造各種形狀的月球基地結構，但3D打印是個連續過程，存在年夜尺寸結構一次性成型困難、耗能年夜等問題。
借鑒中國傳統砌筑和榫卯連接方法，丁烈云團隊創造性地提出應用月壤燒結出帶有榫卯結構的月壤磚，再進行拼裝建造，通過燒結不知不覺中答應了他的承諾。 ?她越想，就越是不安。月球磚把一次性成型的風險疏散失落，然后由機器人砌筑，同時用3D打印加強連接來完成結構，防止結構變形。
2021年，科技部將“輕量化可重構月面建造方式研討”列進重點研發計劃，成為“工程科學與綜合穿插”的重點專項。華中科技年夜學成為該項目標首中正區 水電行席科學家單位。月面原位建造面臨著極端環境的宏大挑戰，包含原位資料單一、無液態水、低重力，月面晝夜高達300多攝氏度的溫差，還有每年約1000次2—3級的月震、宇宙射線的強輻射、月面復雜描摹與地質等，這些都讓月球上的建造任務成為極中正區 水電行具挑戰的超級工程。
記者：您所做的一切嘗試的條件，是假設我們是在地球上做，還是我們假設在月球上做。
丁烈云：起首是在地球上做。在地球環境上我們先試試。我把那個跑通，再考慮各種各樣的極端條件，極端環境。真空我們是可以模擬的，我們實驗室里面就有真空，高下溫是可以模擬的，比喻說零下一百攝氏度，零上一百攝氏度，甚至更高點，最難的就是低重力。月球的重力加快度是地球的六分之一，六分之一就是說人在月球上跳得很高，在地球跳不了那么高，可是它台北 水電 行會影響在成型過程當中的品質，信義區 水電行是紛歧樣的。
月壤里含有多種礦物，它們的熔點紛歧樣，需求確定一個最佳的燒制溫度段，使得“月壤磚”能達到建筑資料所需的強度。但對于丁烈云團隊來說，在地球上進行的各種實驗，始終有一個缺點，那就是無法真正模擬月球的環境，尤其是月球的重力環境。
丁烈云：下一個步驟應該這樣，必定要真正地在月球上往燒磚，燒了以后，再往看它的強度是個什么樣的強度，這個月壤成型的機理，這些規律是什么，要把這個漸漸地搞明白，水電行才幹夠制訂用什么樣的燒結工藝，能夠保證月壤磚它的強度是夠的。
記者：假如要真正深刻地輿解這件事，必定要真實在月球環境下往燒磚。
模擬月球的真空環境，科研人員將裝有月壤粉末的石墨模具，整體置于真空熱壓爐內進行燒制。燒制一爐模擬月壤磚，大要需求24小時。
丁烈云：燒一次時間不會太長，實際上做熱循環實驗的時間很長。
記者：什么叫熱循環？
丁烈云：月球下面的一天，是地球下面的一個月。我們要把燒好的磚，要拿到很高的溫度里面往烤典。，水電然后又把它拿到台北 水電低溫里面，就不斷地循環，循環幾多次以后，看它的機能是不是發生了變化，就花時間很長。
記者：我們都生涯在地球上這么長時間了，春夏秋冬，什么氣候，什么濕度，大師伙都心知肚明，可是恰好在月球上，這一切僅僅是人類無限的記載，並且沒有人在下面蓋過屋子，也就是說良多大安 區 水電 行條件都不了解，那這些不了解怎么變成已知呢？
丁烈云：這個還是要應用人類的研討的結果，就是我們要做學術研討，有時候發表論文，為什么要做這件工作呢？實際上把我們研討的結果，全人類來進行共享。當時嫦娥五號的月壤沒有回來的時候，那我們只能用什么呢？用阿波羅它發表的這些結果，然后模擬阿波羅的，它帶回來月壤的這種成分松山區 水電。嫦娥五號的月壤回來了以后，我們有的單位先獲得了月壤，它也進行了研討，把這個成分就公開發表了，我們就了解，我們要應用這些結果，不是什么東西，都要從一做起，就是這樣你可以在別人研討的基礎上，往前邁出一年夜步，做本身最該想做的一些工作。
今朝，丁烈云團隊已經完成模擬月壤的三種燒結試驗，具台北 水電 維修體為真空燒結、惰性氣體燒結、空氣燒結。此中在惰性氣體中燒結強度最高，能達到100多兆帕。而在真空環境下，只需求將模擬月壤加熱到1000℃到1100℃之間，就可以實現有用的燒結。假如加壓的話，燒結的時間還可以縮短。但是，月壤磚的公道強度，要以月球的環境為依據。
2020年12月，嫦娥五號勝利從月球帶回1731克月壤樣品。這是人類初次獲得的月概況年輕火山巖區樣品，也是中國科學家第一次擁有屬于本身的地外天體前往樣品。2023年，丁烈云團隊獲得了500毫克嫦娥五號采回的月壤樣品。
進行月面建造方式研討近10年，丁烈云團隊第一次獲得真實的月壤樣品，這讓他們既愛護又興奮。
今朝，國家數字建造技術創新中間圍繞地外建造開展了三項研討任務，分別是玄武月球基地的星際樂高拼裝建造、月壺尊建筑3D打印建造和月面著陸墊建造。團隊集結了多學科的跨界人才。
在丁烈云團隊的實驗室里，地球和月球兩條路并行不悖。學生們的研討標的目的觸及城市路況、地下管道、建筑機器人等多個領域。
長期從事數字建造、工程平安理論與技術研討，加上擔任年夜學校長的經歷，丁烈云今朝最關注的，是培養未來能夠面對挑戰、勇于摸索的高素質、綜合性人才。華中科技年夜學土木與水利學院碩士研討生柯美翔，向我們展現的一陣涼風吹來，吹得周圍的樹葉簌簌作響，也讓她頓時感到一陣寒意，她轉頭對婆婆道：“娘親，風越來越大了，我兒媳婦呢是他們研發的第三代智能化鋼筋綁扎機器人。
記者：假如沒有它，是人用手往綁的，是吧。
柯美翔：對的。因為它是一個重復性的任務，勞動強度很高，需求工人彎腰勞動，我們團隊就想往研發這樣一款機器人，來替換工人進行綁扎任務。
自1969年阿波羅11號勝利實現人類初次登月以來，人類松山區 水電行對月球的摸索從未停歇。隨著我國航天科技的不斷進步，我們對月台北 市 水電 行球的認知慢慢加深，摸索的程序也日益加速。此次模擬月壤磚搭乘天船八號進進太空水電 行 台北實驗室，將為未來松山區 水電的月球基地建設供給相關數據支撐。
當前，各國已設計多類月面建造結構計劃，重要包含剛性結構、可展開結構、充氣結構、3D打印結構、砌筑拼裝結構、地下結構等。瞻仰星空、腳踏實地，丁烈云團隊的實驗還在繼續。
丁烈云：明天在月球上的這些試驗，是為我們今后走得更遠，供給的某一種更基礎的研討，也是把月球作為一個試驗基地，讓人類深空探測能夠走得更遠。