随着月球任务从探索转向建造和使用结构，利用当地材料在月球上进行建造变得至关重要。清华大学的冯教授团队进行了一项全面的研究，对月球土壤固化和形成技术进行了分类和定量评估，以优化月球建造效率。这项研究不仅为月球建造提供了关键的挑战和未来发展方向，还详细描述了每种技术，总结了过程和性能参数。
研究将月球土壤固化和形成技术分为四类：反应固化（RS）、烧结/熔化（SM）、粘结固化（BS）和限制形成（CF）方法。这些技术根据实施要求进一步分类，建立了一个健全的技术组合系统。例如，反应固化依赖于通过火箭运送的反应材料，而当地月球土壤通常占总混合物的60-95%。烧结/熔化涉及将月球土壤进行高温处理，现场比例通常达到100%。然而，超过1000℃的加热温度可能会对能源供应和设备运行带来挑战。粘结固化则利用粘合剂使颗粒粘附，现场比例为65-95%，这种方法需要较低的温度和固化时间。限制形成则使用织物限制月球土壤，通过整体限制形成月球土壤袋组件，而不建立颗粒之间的连接。
为了寻找成本效益高且性能优异的月球建筑材料，研究人员面临最小化资源消耗、能源需求和操作复杂性的挑战，同时确保在月球环境中的可靠性。为此，研究团队引入了8IMEM量化方法，包括八个评估指标和针对建造需求量身定制的评分阈值。根据评估结果，月球土壤袋装技术被评为最高分技术，它要求较低的材料、设备和能源需求，并能快速形成大型组件，为大规模现场月球建造提供了有希望的前景。
研究还提出了一个与月球建造条件和国际月球研究站的长期目标相一致的全面四阶段计划：实验室、研究站、居住地和栖息地。每个阶段都有特定的功能和不同的建造目标，确保月球基础设施的逐步和可持续发展。实验室阶段主要支持无人研究项目，研究站阶段容纳宇航员进行临时的科学研究任务。居住阶段旨在满足月球上宇航员的所有工作和生活需求，功能类似于空间站。最后，栖息地阶段被设想为人类生活的自给自足的栖息地和深空探索的中继站。
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参考资料：DOI： 10.1016/j.eng.2024.03.004
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