北京
俄亥俄州立大學(xué)的科學(xué)家們正在用激光熔化月壤，以建造月球基地的地基。
俄亥俄州立大學(xué)的研究人員已經(jīng)證明，激光3D打印技術(shù)可用于將月球塵埃轉(zhuǎn)化為可行的月球建筑。一旦該技術(shù)得以應(yīng)用，不僅成本效益高，而且由此建造的結(jié)構(gòu)將極其耐用、耐熱且無毒。這種技術(shù)被稱為"原位資源利用"，它將無需再為建造未來的長期基地而向月球運送建筑材料。
如果得以實現(xiàn)，這項技術(shù)可用于未來的載人任務(wù)，建造諸如居住艙、工具、著陸坪、輻射屏蔽層以及其他關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)部件。
可供參考的是，月球塵埃通常顆粒極其細微，往往鋒利且具有高度研磨性。它外觀呈玻璃狀，且富含玄武巖，尤其是在月球所謂的"高地"和"月海"區(qū)域。
雖然月球塵埃在月球上非常普遍，但在地球上卻極為稀缺。因此，研究團隊不得不使用人工合成的模擬物來測試他們的新技術(shù)。為此，他們使用了名為LHS-1的材料，這種材料與月球高地的風化層非常接近。研究小組將這種模擬月塵鋪成薄薄的一層，然后用高能激光照射。
利用月球，建造月球
激光會熔化塵埃中的顆粒，使它們?nèi)诤显谝黄稹４淅鋮s凝固后，團隊再添加額外的塵埃層，并無限重復(fù)此過程。最終得到的材料是一種類似陶瓷的物質(zhì)，非常堅固、耐熱且經(jīng)久耐用。他們還發(fā)現(xiàn)，這個過程可以在多種表面（如不銹鋼、玻璃，甚至鋁硅酸鹽陶瓷）上完成。
研究團隊發(fā)現(xiàn)，月塵陶瓷通常很難粘附在鋼和玻璃上，但與其他非月壤陶瓷材料卻能很好地粘合。這并不太令人意外，因為鋁硅酸鹽往往能與熔化的月塵形成兼容的晶體結(jié)構(gòu)。將其用作基底，可以提高最終產(chǎn)品的機械強度、抗熱震性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
研究小組還研究了其他環(huán)境因素，如氧氣水平和激光功率。他們發(fā)現(xiàn)這種新材料似乎對環(huán)境條件極其敏感，這是一個重要的發(fā)現(xiàn)，因為要使這個過程有用，它需要在實驗室外的"真實世界"中發(fā)揮作用。
該研究的主要作者徐思哲說："通過在打印過程中結(jié)合不同的原料，如金屬和陶瓷，我們發(fā)現(xiàn)最終材料對環(huán)境非常敏感。不同的環(huán)境會導(dǎo)致不同的特性，這直接影響特定部件的機械強度和抗熱震性。"
比運送物資更便宜
如果將來在月球上應(yīng)用，這一點至關(guān)重要，因為月球沒有大氣層，并且溫度波動劇烈（約從+120°C到零下170°C）。這種規(guī)模的溫度變化往往會導(dǎo)致嚴重的熱沖擊，從而產(chǎn)生裂縫并最終失效。
研究的另一位作者薩拉·沃爾夫說："太空中存在一些很難在地面模擬物中復(fù)現(xiàn)的條件。它在實驗室里可能行得通，但在資源匱乏的環(huán)境中，你必須嘗試一切方法來最大化機器適應(yīng)不同場景的靈活性。"
展望未來，這樣的技術(shù)對未來的月球任務(wù)，尤其是"阿爾忒彌斯"計劃，可能具有開創(chuàng)性意義。該計劃的主要目標之一是在月球上建立長期、可持續(xù)的存在。為此，美國宇航局需要在月球上建造長期基礎(chǔ)設(shè)施，像這樣的技術(shù)將非常實用。特別是考慮到運送混凝土或鋼材等物資將極其昂貴。
她繼續(xù)說道："如果我們能利用極少的資源在太空中成功制造物品，那意味著我們也能在地球上實現(xiàn)更好的可持續(xù)性。為此，提高機器適應(yīng)不同場景的靈活性是我們正在努力實現(xiàn)的目標。"
這項研究已發(fā)表在《宇航學(xué)報》期刊上。
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