月球砼材料研究

编者按

在月球上建设各种建筑物，开发利用各类资源能源，需要用到大量的混凝土等建筑材料。然而，从零起步建设月球基地、建设各类设施甚至建设所谓的“月球村”，是一项庞大的工程。若混凝土等建筑原料都从地球运载，不仅花费极其巨大，其效率和安全性也存在巨大的弊端。科学家们提出了以月球原位资源作为主要建筑材料，对月球基地或“月球村”进行建设，将对地球原材料的依赖降低到最低程度的方案。月球混凝土（Lunar Concrete或lunarcrete）和月球原位建设（ISRU）的概念，便在此基础上被郑重提出。

在人类古代文明的中，月亮自古有着别样的意义，特别在我国古代，月亮的意象更是十分深邃，它是美丽的象征，更是人们情感的载体，他寄托了恋人间的相思，表达了游子对故乡和友人的怀念[1]。从古至今，人们对月球的向热情终未变，嫦娥奔月的传说，便是古代人们对月球无限向往的佐证。

作为离地球最近的唯一天然卫星，随着世界科学技术的发展，登陆月球已由不可能化为现实，1969年，美国阿波罗11号成功登陆月球，指令长阿姆斯特朗在其表面留下了人类的第一个脚印。50年来，为了更加深入地了解世界各科技强国都就探月工程开启了一系列航空探测任务。而从新世纪开始，各国对月球的探索热情依然不见退散，开启了诸如欧洲航天局的MORO计划，EuroMoon2000计划，日本的Hite计划，以及中国的嫦娥工程等多个探月任务。

而背后最主要的推动力，是因为地球能源的快速消耗。21世纪以来，能源紧缺的问题变得愈发严峻，在地球内部资源利用达到饱和后，人们便把目光投向了月球。月球上具有大量的可利用资源，其表面被一层5-20m厚的月壤风化层所覆盖，太阳风粒子的长期注入使得月壤富含稀有气体组分。这可为人类社会提供长期，稳定，廉价和洁净的核聚变原料。据估算 ,月壤中氦-3的资源总量可达100万-500万吨，全世界年总发电量大约消耗100t氦-3。换言之,月壤中的氦-3可满足地球能源需求达万年以上[2]。另外，月球上蕴藏有大量的金属矿产资源，诸如铬、镍、钾、钠、镁、硅、铜金属储备量十分丰富。通过计算，仅在风暴洋区克里普岩中稀土元素的资源量约为225亿～450亿吨，是未来人类开发利用的重要矿产之一。

由于宇宙过于浩瀚，在月球上建立基地和空间站，将其作为探测其他行星的中转基地，进行航天器发射，检修和燃料补充，以此作为跳板飞向宇宙深处是必须的过程[3]。我国在2006-2020年《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中，将探月工程列为16个重大专项之一，列为我国科技发展的重中之重。中科院公布的“中国2050年科技发展路线图”也指出，我国将在2030年前后实现载人登月，建立月球基地；并在2050年前后，载人飞行从月球基地飞向更远的行星，并具备载人登火星能力。

在月球上建设各种建筑物，开发利用各类资源能源，需要用到大量的混凝土等建筑材料。然而，从零起步建设月球基地、建设各类设施甚至建设所谓的“月球村”，是一项庞大的工程。若混凝土等建筑原料都从地球运载，不仅花费极其巨大，其效率和安全性也存在巨大的弊端[4]。在这样的背景下，科学家们提出了以月球原位资源作为主要建筑材料，对月球基地或“月球村”进行建设，将对地球原材料的依赖降低到最低程度的方案[5]。月球混凝土（Lunar Concrete或lunarcrete）和月球原位建设（ISRU）的概念，便在此基础上被郑重提出。

国内研究

2023年11月1日，江苏建科院2023年第二批次进站博士后开题报告会在苏博特公司顺利召开。会议邀请院总工程师许锦峰博士，东南大学高建明教授，南京航空航天大学余红发教授，东南大学畲伟教授，济南大学侯鹏坤教授担任评审专家。中国工程院院士、博士后科研工作站导师刘加平院士、相关研究团队及科研管理部门参加了本次会议。

马好霞博士以《磷酸镁月球混凝土的反应机理与物理力学性能》为研究课题，汇报阐述了研究背景、研究思路、研究内容和研究计划等。

经专家组讨论评议，一致认为马好霞博士研究课题选题新颖，研究内容设计合理，技术路线可行，较好地契合了我院在新材料领域探索的需求，有重要的理论和现实意义，一致同意通过开题报告。