松山湖材料實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)月壤物性研究及月壤3D打印

來(lái)源：南方日?qǐng)?bào)


松山湖材料實(shí)驗(yàn)室本批次領(lǐng)取月壤樣品共約0.85克,，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室供圖

從嫦娥奔月的浪漫傳說(shuō)，到舉頭望月的家國(guó)情思,，再到上九天攬?jiān)碌膲阎竞姥�,，月亮始終在中國(guó)傳統(tǒng)文化中有著獨(dú)特意涵。2020年12月,，嫦娥五號(hào)探測(cè)器圓滿完成月球樣品采樣返回任務(wù),，讓中國(guó)人得以與月亮“零距離”接觸。凝聚了無(wú)數(shù)航天人心血與智慧的珍貴月壤樣品該怎么用,、在哪些領(lǐng)域使用才能更大地發(fā)揮其價(jià)值,，一直是人們關(guān)注的問(wèn)題。

作為廣東省首批啟動(dòng)建設(shè)的省實(shí)驗(yàn)室之一,，不久前,，東莞松山湖材料實(shí)驗(yàn)室接收首批約0.85克月壤，接下來(lái)將開(kāi)展一系列科學(xué)研究,，未來(lái)為認(rèn)識(shí)月球與地球,、月球原位資源開(kāi)發(fā)利用及逐步實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期載人地外生存等提供重要科學(xué)依據(jù)。

為載人登月提供技術(shù)驗(yàn)證與支持

今年7月12日,，國(guó)家航天局探月與航天工程中心在北京舉行了第一批月球科研樣品發(fā)放儀式,，共計(jì)13家單位獲得17.4764克月壤樣品，標(biāo)志著嫦娥5號(hào)首批月壤樣品科學(xué)研究工作正式啟動(dòng),。其中,，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室主任、中國(guó)科學(xué)院極端條件物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任汪衛(wèi)華院士代表中國(guó)空間技術(shù)研究院領(lǐng)取了月球樣品使用證書(shū),，共獲得約8克樣品,。作為重要合作單位，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室在本次研究中承擔(dān)了關(guān)鍵任務(wù),。日前,，研究團(tuán)隊(duì)正圍繞首批0.85克月壤樣本，開(kāi)展一系列月壤物性及綜合利用研究,。

“松山湖材料實(shí)驗(yàn)室有先進(jìn)的材料結(jié)構(gòu),、成分測(cè)試平臺(tái)，有著一批物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域的資深專(zhuān)家和優(yōu)秀青年科學(xué)家等一流人才,，利用實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)和能力可以研究月壤的微觀結(jié)構(gòu),、穩(wěn)定機(jī)制等,，同時(shí)還可以研究月壤在‘納米—分子—原子’尺度下的理化性質(zhì)，利用中子散射,、同步輻射等技術(shù)研究月壤主要組成元素的電子精細(xì)結(jié)構(gòu)等,。”汪衛(wèi)華介紹,。

2019年底,，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室還與錢(qián)學(xué)森實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合成立太空材料科學(xué)與應(yīng)用研究中心，圍繞多個(gè)相關(guān)課題展開(kāi)研究,。目前,，空間材料團(tuán)隊(duì)擁有成熟的相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)積累，與研究月壤這一方向更為契合,。

未來(lái)一年時(shí)間內(nèi),，研究團(tuán)隊(duì)將從材料角度研究認(rèn)識(shí)月球地質(zhì)、環(huán)境的歷史和演化,，并在月壤物性研究基礎(chǔ)上,，開(kāi)展月球水冰資源收集利用、氧氣制備,、金屬提煉,、地外人工光合成技術(shù)，以及月壤3D打印等一系列技術(shù)研究,，為我國(guó)載人登月及月球科研站建設(shè)提供技術(shù)驗(yàn)證與支持,。

通過(guò)月壤研究更好地認(rèn)識(shí)地球

“我們一直生活在地球上，大部分情況下都會(huì)見(jiàn)到月亮,，它看著離我們很遙遠(yuǎn),，但從科研角度上看，它與地球擁有同等重要地位,，地球,、月球?qū)φ麄�(gè)太陽(yáng)系來(lái)說(shuō)，彼此是最親密的,、最近的鄰居�,！辈牧蠈�(shí)驗(yàn)室空間材料團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人張博研究員說(shuō)道,。

地球是如何形成的？地球曾經(jīng)發(fā)生過(guò)什么,？為什么如今地球擁有這樣的環(huán)境,？張博表示，地球的形成過(guò)程,，與月球是相關(guān)的,，在月壤研究中獲得的線索,，將幫助人們更好地認(rèn)識(shí)地球。

近日,，張博帶領(lǐng)空間材料團(tuán)隊(duì)對(duì)這珍貴的0.85克月壤開(kāi)展研究,，試圖通過(guò)光學(xué)顯微鏡、CT掃描等測(cè)試方法,，進(jìn)一步揭開(kāi)月壤在結(jié)構(gòu),、形貌等方面的神秘面紗。

“從阿波羅號(hào)取得的月壤研究成果來(lái)看,，月壤中含有十多種與地球上相同的氧化物,，但它們的形成歷史不一樣。在地球上存在十幾億年,，和在月球存在十幾億年,，是截然不同的條件，生成的結(jié)果也會(huì)有所不同,，這是很有意思的地方,。”張博表示,，經(jīng)過(guò)風(fēng)化,、撞擊、腐蝕等,，地球土壤與月壤的形狀結(jié)構(gòu)均會(huì)有所改變,。據(jù)了解，過(guò)去美蘇兩國(guó)取得的月球樣本,，形成年齡在32億—46億年,，人類(lèi)正是通過(guò)對(duì)其進(jìn)行分析，才建立起月球46億年左右的演化歷史,。而與美蘇不同的是,，此次嫦娥五號(hào)選擇的著陸點(diǎn)是月球一處相對(duì)年輕的區(qū)域，形成年齡大概在10億—20億年之間,。

張博表示,，此次中國(guó)研究的是相對(duì)年輕的月壤樣本，這既能驗(yàn)證過(guò)往科學(xué)界提出的假設(shè),，也將完善現(xiàn)有的模型,，比如月球形成年代的計(jì)算等。同時(shí),，往后的科學(xué)家們可以利用這些原始數(shù)據(jù),，繼續(xù)從不同維度來(lái)分析月球，解讀歷史,。

研究月壤3D打印儲(chǔ)備登月技術(shù)基礎(chǔ)

“由于從地球運(yùn)送資源至月球本高昂,，想實(shí)現(xiàn)未來(lái)在月球開(kāi)展研究和建設(shè),，有必要在月球上‘就地取材’，利用3D打印是一個(gè)潛在的好方法,�,！睆埐┲赋觯�目前團(tuán)隊(duì)正圍繞這一計(jì)劃開(kāi)展研究,，以期實(shí)現(xiàn)未來(lái)在月球上建造出與地球相似的環(huán)境和設(shè)施,。

當(dāng)前，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室試圖研究月壤熔化凝固行為,，發(fā)展月壤3D打印等原位資源利用技術(shù),。研究月壤的組成、顆粒徑級(jí)配等材料特征,，發(fā)展月壤3D打印等原位資源利用技術(shù),，可以為今后人類(lèi)居住月球儲(chǔ)備技術(shù)基礎(chǔ)。該實(shí)驗(yàn)希望按照月球土壤的組成成分和顆粒大小,，加工成模擬月壤,，為未來(lái)打印建造月球定居點(diǎn)的磚塊提供驗(yàn)證。為此,，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室還計(jì)劃通過(guò)自主研制及采購(gòu)相關(guān)配件的方式,，制作能以模擬月壤為原材料的3D打印機(jī)。

“太空環(huán)境與地球環(huán)境截然不同,，月球上可能面臨失重,、無(wú)氧、無(wú)水且擁有輻射的特殊環(huán)境,，研制的材料性能表現(xiàn)如何,，是團(tuán)隊(duì)研究過(guò)程中需要重點(diǎn)考量的方面�,！睆埐┍硎�,，這些也是團(tuán)隊(duì)在研制3D打印設(shè)備時(shí)需要克服的基本障礙，相關(guān)參數(shù)方案均需要重新構(gòu)建,�,！皷|莞和深圳在3D打印方面具備較強(qiáng)實(shí)力，這些相關(guān)產(chǎn)業(yè)的提升,、創(chuàng)新,，對(duì)我們研究會(huì)有幫助，有助于優(yōu)化我們的打印設(shè)計(jì)方案,。”張博說(shuō),。目前,，粵港澳大灣區(qū)范圍內(nèi)有部分公司正在參與月壤3D打印技術(shù)的研制和裝備設(shè)計(jì),，實(shí)驗(yàn)室研制設(shè)備所需的零件、設(shè)備采購(gòu)將來(lái)自這些公司,。張博表示,，大灣區(qū)雖然缺乏專(zhuān)門(mén)針對(duì)該研究方向的實(shí)驗(yàn)室，但具備相對(duì)全面且強(qiáng)大的科創(chuàng)實(shí)力,，隨著此項(xiàng)研究的開(kāi)展,，將與區(qū)域產(chǎn)業(yè)很好結(jié)合。

張博表示,，本次研究預(yù)計(jì)將通過(guò)嫦娥五號(hào)玻璃樣品中物相成分含量的精確測(cè)定,，揭示月壤熔化和凝固規(guī)律、流變動(dòng)力學(xué)行為特性,、3D打印的性能和工藝方案,。