科学家们对固化和形成月球风化层的技术进行了定量评估。
随着月球任务从探索过渡到建造和使用结构，使用当地材料在月球上建造变得至关重要。重点是固化和塑造月球土壤，以充分利用当地资源，降低运输和维护成本。迄今为止，已经开发了近20种不同的方法来从月球风化层中制造建筑材料，每种方法都有独特的需求和特点。
清华大学的冯教授对风化层固化和形成技术进行了全面的综述、精确的分类和定量的评价，揭示了关键的挑战和未来的发展方向。
根据颗粒之间的结合和内聚的技术机制，可将风化层凝固和形成技术分为四类：反应凝固（RS）、烧结/熔化（SM）、结合凝固（BS）和约束形成（CF）方法。具体技术根据实现需求进一步分类，建立健全的技术构成体系。本研究定量描述了每种技术，总结了工艺流程和性能参数。
在反应固化中，风土颗粒通过反应化合物结合在一起。这种方法依赖于火箭运输的反应材料，当地的风化层通常占总混合物的60-95%。烧结/熔化涉及对风化层进行高温处理，其原位比率通常达到100%。然而，超过1000℃的加热温度会给能源供应和设备运行带来挑战。另外，结合固化利用粘合剂粘附颗粒，原位比为65-95%。
这种方法需要更低的温度和更短的固化时间。约束形成采用织物约束风化层，通过整体约束形成风化层袋组件，而不在颗粒之间建立连接。对于高达99%的原位比率，该方法要求相对较低的温度和时间要求，而形成的部件表现出拉伸优势，但可能缺乏足够的抗压强度。
技术评价与应用
在寻找具有成本效益和高性能的月球建筑材料的过程中，研究人员面临着最小化资源消耗、能源需求和操作复杂性的挑战，同时确保月球环境的可靠性。为了解决这个问题，研究小组引入了8IMEM量化方法，包括八个评估指标和根据施工需求量身定制的评分阈值。
根据评估结果，风化层装袋成为评价最高的技术，对材料、设备和能源的要求较低，并且能够快速形成大型部件。它为大规模月球原位建设提供了广阔的前景。烧结/熔化技术一直名列前茅，而铸造技术表现出优异的固化强度，使其适用于制造关键部件。太阳能熔化技术直接利用太阳能，使其成为低能耗建筑的理想选择。
为了配合月球建设条件和国际月球研究站的长期目标，设计了一个全面的四阶段计划：实验室、研究站、居住和栖息地。每个阶段都有特定的功能和不同的建设目标，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，而研究站阶段容纳宇航员进行临时科学研究任务。居住阶段的设计是为了满足宇航员在月球上的所有工作和生活需求，在功能上类似于空间站。
最后，栖息地阶段被设想为人类生命的自我维持栖息地和深空探索的中继站。为实现各阶段的施工目标，课题组进一步分析了结构施工目标。在定量评估的基础上，他们提出了风化袋技术作为月球基地建设的解决方案。
通过利用从这项综合评估中获得的见解，研究人员可以在材料制备技术上做出明智的决定，为优化月球建设努力铺平道路。此外，本文提出的基于风化袋的月球栖息地设计为未来的研究提供了实用参考。
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