土木工程的未来在哪里?也许,它已经走出地球,面向月球了。
秦时明月汉时关,万里长征人未还。秦汉时期的先人可能想不到,有一天他们的后人可以真的上九天揽月。纵观这千年变化,人类登月的梦想像极了传说中的嫦娥奔月。
华中科大“超级泥瓦匠”,已率先探索在月球上造房了!他们提出一种名叫“月壶尊”的月球屋。采用蛋壳设计,并且已经在实验室开始烧制“月壤砖”!
除了华中科大,哈尔滨工业大学还提出了利用月球溶洞在地下建造基地的“溶洞计划”。他们一反美国之前的月球基地设计,而是在地球上建造好核心舱(基底)后,发射到月球配合溶洞完成基建。
月球上没有大气层,表面常常会有极端恶劣的环境,包括200多度的温差、宇宙射线和微陨石的攻击。其中,最常见的就是宇宙尘埃。在国际空间站,加拿大的机械臂曾遭受1毫米的陨石撞击,轻易就造成了2厘米的洞。
所以,想要在月球上建造房屋,有两点不得不考虑。其一是取材,尽量少从地球上带工具,然后就地取用合适的材料。其二是质量,建造的房屋必须能承受月球表面的极端环境。
我们今天就来看看华科大的“月壶尊”和哈工大的“溶洞计划”,看看中国人对月球基建的设计。
华中科大提出了一种名为“月壶尊”月球屋的设计,该房屋整体呈蛋壳状。最大的特点是无需传统的四梁八柱结构,采用月壤混合材料进行浇筑,形成“蛋壳”一样的结构。“月壶尊”分为上下两层,上层为生活区,下层为工作区。往最简化说,有点像大学宿舍的高低床。
(1)“月壶尊”蛋壳体
月球的引力没有那么高,不需要像地球一样四梁八柱那样的承重。“蛋壳”体分内外两层墙体,中间设有波浪线形的加肋结构,以增强其稳定性。
蛋壳状的房屋结构坚固,稳定性极佳,因此可以承受宇宙尘埃的冲击。
(2)“月壶尊”蛋壳顶
当蛋壳体建好后,会在顶部放入一个气囊,封顶后,形成穹顶一样的结构。
这个气囊会自动展开,起到保温隔热的作用,适应月球表面昼夜温差达到180度至零下150度的极端环境。
(3)“月壤砖”怎么烧制?
月壤可以作为建筑材料,还具有优异的宇宙射线屏蔽效果。可是这种“月壤砖”该怎么烧制呢?华中科大的学生正在进行一项实验,他们利用放大镜聚焦热量,靠太阳能提供高温,把真空坩埚加热到1000度后,让材料在其中凝结,变成坚硬的砖头。
目前,团队已制备出模拟月壤真空烧结打印样品,制造出“月壤砖”,实现“从0到1”的重大突破。国外建造月面基地的技术思路是高能束3D打印,但大尺寸结构想一次性成型非常困难,还会消耗巨大的能量。
为了能更好固定连接,这些“月壤砖”还被烧出榫卯结构的样式。中国传统榫卯结构,让砖与砖之间几乎无需粘合剂就能牢固结合。
(4)月球屋怎么制作呢?
为了建造“月壶尊”,华科大还研制了一种叫“月蜘蛛”的蜘蛛型机器人,在航天员登月前,就可以让机器人登陆,建立太阳能和烧砖炉。
月蜘蛛机器人完成烧砖、组装、连接等工作,“像搭建星际积木一样”在月球上搭房子,让中国建筑的匠人智慧与现代科技实现了完美结合。
哈尔滨工业大学则提出了利用月球溶洞在地下建造基地的方法。
该方案的核心思路是把月球基地的主体工程建设在月球的地下位置。只有必须放在地上的设备才暴露在地表,并且其精密的核心舱(基底)是由地球建造后发射而来,而非在月球建筑而成。
(1)溶洞自动建设
具体的建设过程如下:
首先、使用钻地装置轰击月球,在月球地表进行穿孔作业,初步改造出合适的月球溶洞。
其次、往月球上面投放月面机器人,让机器人在月球表面进行自主作业,对钻地装置轰击出来的洞口进行加固。
再次、对加固完成的月球溶洞内部进行清理,并且平整场地。有机器人自行完成对着落环境的准备工作。
最后、在所有月表准备工作完成后,从地球投放登月核心舱。登月核心舱会暂时和空间站进行对接,等待合适的机会,由空间站进行发射,将登月核心舱向清理完成的月球溶洞进行着陆。
(2)溶洞人工改造
等登月核心舱成功着落后,再由人类宇航员配合地球核心舱和月球机器人对整个月球溶洞基底进行检查和改造,在宇航员的亲自参与下,再经过不断因地制宜和添砖加瓦,直至溶洞最终成为可长期居住的月球基地。
月球基地建设,基本上会围绕五大功能展开,分别是科研,能源,采集,粗加工和发射。其中科研,采集,粗加工,以及部分能源都可以在地下进行,只有发射台需要建立在月表。后期如果技术经验充足,甚至连发射台也可以藏于地下,发射的时候再转移到地上。
这种设计思路有着其独特的好处,主要核心设备和航天员生活区都位于地下,可以得到了月壤的保护。但月球的天然溶洞其实并不多,探测到的大约在几百个,这也意味着,月球基地的选择会受限制于月球地形。
自古以来,国人就对月亮就有着独特的感情,月亮甚至可以说是泡在整个中华文明中一路走来。当终有一天要双方线下见面时,不知道各自内心会有几多感慨?希望我们能够拔得头筹,成为第一批月球的住民。
您觉得,在月球上率先建造出真正的房子的,将是哪个国家呢?欢迎留言。
创作不易,欢迎关注。送大家几个红包封面,我自己做的,喜欢就拿去!