載人登月的終極秘訣：月球塵埃3D列印

1969年的阿波羅11號登月任務僅持續了8天。如果我們想在月球、火星甚至更遠的地方建立永久性基地，那麼未來的宇航員將不得不在太空中度過更多的日子，數月或數年遠離地球。那麼問題就來了：如何在太空中維持長期生存和生活？從地球發射材料和物資成本太過高昂且不可持續，最好的辦法仍然是就地取材。

過去的研究集中於如何在月球表面獲取原材料用於建造房屋、道路等基礎生活設施。現在3D列印技術的日益成熟幫助科研人員更深入一些，新的研究聚焦於在月球上3D列印各種設施的零部件或替換備件，原材料正是遍月都是的月球塵埃。

利用月球塵埃3D列印生活設施零部件

3D列印也就是增材製造技術，多年來已經頻繁用於航空航天的科研項目，包括NASA向國際空間站ISS發射了一台用於太空工況測試的3D印表機。而用於3D列印的原材料則多種多樣，除了塑料、金屬、陶瓷等之外，黏土也是其中的一種。另外3D列印還高度自動化、節省人力，並支持遠程操控。從理論上來說完全可以在宇航員到達月球之前先發射3D印表機並製造基礎設施或工具，一旦宇航員登月成功立刻利用月球上的設施開展工作。

用月球塵埃直接3D列印工具零件

當然也存在重大挑戰。3D列印主要是為在地球上使用而開發的，其原理所依賴的重力和溫度都與地表環境密切相關。而到了月球或火星上更複雜的環境之下，一切都還是未知數。

月球表面被風化層覆蓋，這是一種鬆散的粉狀材料，由數百萬年的流星轟擊月球表面而形成。我們可以把它理解為月球的土壤，由不到幾毫米的細微顆粒組成。對於3D列印來說這種土壤就是天然形成的極佳原材料，輔以粘合劑、催化劑將能夠列印出用途廣泛的零件或設施。

月球表面的風化層

英國拉夫堡大學增材製造研究小組（AMRG Group）的Thanos Goulas博士發表了一篇名為《用月球塵埃3D列印》的論文。該小組成員一直在研究如何使用月球風化層來列印一系列工程組件。

詳細的方案是，使用激光將非常少的能量轉化為熱量，利用熱量融化並融合風化層的晶粒，形成薄而堅固的材料切片。多次重複此過程並按順序層層疊加，最終可以構建一個三維對象。每層厚度不超過1毫米，因此更適合生產較小的、精確設計的工具，如灰塵或凈水過濾裝置，通常需要小於1微米（0.001毫米）的孔。如果重要部件損壞或磨損，那麼3D列印將能夠直接在月球上製造零件，從而大大減少從地球向月球的太空發射頻次和重量。

目前的研究進展到材料領域，需要更好地了解材料及其與3D列印過程的相互作用，並設計新的技術解決方案以克服條件限制。下一步將是用真正的月球風化層測試3D列印。地球上現有的樣本非常有限，但隨著人類進入月球探索的新時代，也許很快就會有比較充足的月球塵埃樣本，用於在地表研發月球3D列印技術的科研領域。

(本文來源：中關村在線，如需轉載，請註明原出處。)

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