2023年4月，據(jù)南華早報(bào)，我國(guó)宣布了一項(xiàng)雄心勃勃的太空計(jì)劃，將在2024年向月球發(fā)射一架無(wú)人飛船，攜帶一臺(tái)3D打印機(jī)，測(cè)試在月球表面建造居住區(qū)的可行性。這是中國(guó)探索月球資源和建立永久基地的一部分。

看到這里，大家是不是感覺有點(diǎn)似曾相識(shí)？這不就是《流浪地球2》里用3D打印技術(shù)建立月球基地的場(chǎng)景嗎？沒想到，科幻電影里發(fā)生的事情，這么快就要在現(xiàn)實(shí)里重現(xiàn)了！

不過，建立月球基地真的有這么簡(jiǎn)單嗎？3D打印又能在月球基地的建造中起到什么作用？下面我們就深入分析一番。

惡劣的月球環(huán)境

想要在月球建立基地，必須要了解月球的環(huán)境。

月球不同于地球，它沒有大氣層，無(wú)法阻擋宇宙射線和太陽(yáng)風(fēng)的侵襲，大量來自宇宙的輻射可以輕松到達(dá)月表，對(duì)人體造成無(wú)法挽回的傷害。

沒有大氣，也意味著不能保持穩(wěn)定的溫度，月球上的晝夜溫差非常大，白天可以高達(dá)100攝氏度，晚上則低至零下150攝氏度。這對(duì)于人類和設(shè)備都是極大的考驗(yàn)，需要有強(qiáng)大的隔熱和調(diào)節(jié)能力。

另外，坑坑洼洼的月球表面經(jīng)常受到微流星體的撞擊，這些小石頭以高速飛行，可以穿透金屬和玻璃。如果沒有足夠的防護(hù)措施，月球基地很容易被破壞或損壞。

所以，在月球上所建立的基地，必須具有抵御輻射和微流星侵襲和隔熱的能力。而想要做到這點(diǎn)，就需要基地的墻體足夠堅(jiān)硬，也足夠厚。

建筑材料——風(fēng)化層

當(dāng)然，這些要求用混凝土就能輕松滿足，但月球上沒有混凝土。如果要從地球運(yùn)輸過去，以目前的火箭運(yùn)輸能力，每公斤物質(zhì)運(yùn)到月球需要花費(fèi)數(shù)萬(wàn)美元，一個(gè)基地動(dòng)輒幾萬(wàn)噸，這種成本是任何國(guó)家都無(wú)法負(fù)擔(dān)的。

幸運(yùn)的是，月球表面有一層厚厚的風(fēng)化層，這是由微流星體撞擊產(chǎn)生的塵埃和碎石組成的。這些物質(zhì)可以用來制作建筑材料，例如水泥、磚塊和玻璃。

如何建造基地

這時(shí)候，3D打印技術(shù)就派上用場(chǎng)了，這是一種將數(shù)字模型轉(zhuǎn)化為實(shí)體物體的技術(shù)。可以用激光或微波將風(fēng)化層加熱融化成陶瓷狀的液體，然后用3D打印技術(shù)將其打印成所需的形狀，如基地的地基、墻壁和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

除了利用風(fēng)化層，我們還可以使用充氣模塊來建造月球基地。這些模塊在發(fā)射時(shí)壓縮成小型容器，到達(dá)目的地后再充氣展開。充氣模塊具有重量輕、體積大、成本低等優(yōu)點(diǎn)，而且可以提供良好的隔熱和防輻射效果。

結(jié)合3D打印和充氣模塊，就可以在月球上建造出既堅(jiān)固又舒適的基地。例如，我們可以先用3D打印機(jī)打印出一個(gè)圓形平臺(tái)，然后在上面安裝一個(gè)充氣圓頂，并在圓頂周圍堆疊風(fēng)化層作為保護(hù)層。這樣就形成了一個(gè)類似于帳篷的居住空間，可以容納多人生活和工作。

能量來源——氦-3

解決了基地的建筑問題，另一個(gè)需要考慮的就是基地的能量從何而來？利用太陽(yáng)能？然而月球上的白天和黑夜都很長(zhǎng)，每個(gè)周期持續(xù)約14個(gè)地球日。這意味著太陽(yáng)能電池板在白天要收集足夠的能量來支持長(zhǎng)達(dá)14天的黑暗期。而且，月球上也有一些地方是永久處于陰影的，例如一些隕石坑或南極區(qū)。這些地方無(wú)法接收到太陽(yáng)光，也無(wú)法使用太陽(yáng)能。

其實(shí)，月球上有著最具潛力的能源——氦-3，它是氦氣同位素，它可以和氫的同位素發(fā)生核聚變反應(yīng)，釋放出大量能量，而且不會(huì)產(chǎn)生核輻射和核廢料，是一種完全清潔的能源?？茖W(xué)家們認(rèn)為，如果能夠?qū)崿F(xiàn)可控核聚變技術(shù)，氦-3就可以用來完全替代傳統(tǒng)的化石能源，從而解決地球上的能源危機(jī)。

雖然，氦-3在地球上的含量非常稀少，已探明容易獲取的這種資源只有500公斤左右。但在月球上，由于沒有大氣層和磁場(chǎng)的保護(hù)，太陽(yáng)風(fēng)中的氦-3就可以直接沉積在月壤中。據(jù)估計(jì)，月球表面的風(fēng)化層（表皮土）富含著大量的氦-3，總儲(chǔ)量高達(dá)100萬(wàn)噸，是地球的200萬(wàn)倍，足夠全世界發(fā)電使用1萬(wàn)年。

因此，如果我們能夠在月球上建立開采基地，對(duì)氦3進(jìn)行大規(guī)模的提取和利用，就可以為月球上的3D打印提供穩(wěn)定和高效的能源。當(dāng)然，這也需要我們先突破可控核聚變技術(shù)的難關(guān)，并設(shè)計(jì)出適合月球環(huán)境的核聚變反應(yīng)堆。

目前，我國(guó)已經(jīng)在研究月壤樣品中氦-3的富集特征、逸出特性、提取溫度等關(guān)鍵科學(xué)問題，并為估算月球氦-3資源量和探索月球氦-3利用可行性提供科學(xué)數(shù)據(jù)支撐。

月球上獲取水和氧氣

解決了基地建造問題、設(shè)備能量問題，基地要維持生命還需要水和氧氣。那么，該怎么獲取水和氧氣？

其實(shí)，月球的南極和北極有一些永久陰影區(qū)，那里從來沒有陽(yáng)光照射，因此溫度很低。在這些區(qū)域，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了大量的原始水冰，可能是由彗星或小行星撞擊帶來的。這些水冰可以被融化和分離成氫氣和氧氣。

同時(shí)，在月球上的風(fēng)化層中含有大量的氧元素，占到了60%以上。如果我們能夠利用一些化學(xué)方法，把這些氧元素提取出來，就可以為基地提供充足的氧氣。

例如，我們可以用一種叫作碳熱還原法的技術(shù)，把風(fēng)化層中的氧化鐵還原成鐵和氧氣。這樣既可以得到氧氣，又可以得到鐵，后者可以用來制造金屬材料或者磁鐵。

它還會(huì)產(chǎn)生一些副產(chǎn)品，比如二氧化碳、一氧化碳和水蒸氣。這些氣體也可以被再利用或者儲(chǔ)存起來。用來培養(yǎng)一些植物，從而提供食物和更多的氧氣。

中國(guó)布局已久

到此，月球基地的主要問題基本上解決了，剩下的就是如何去實(shí)施了。而中國(guó)早有規(guī)劃，步步為營(yíng)，要在2030年前實(shí)現(xiàn)月球科研站基本型的“勘、研、建”。

早在2020年，中國(guó)就通過“三步走”戰(zhàn)略取得了月壤，為月壤3D打印機(jī)器的實(shí)現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。

與此同時(shí)，中國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)了名為“月桂樹”的月球基地，它建在月球的火山洞穴中，可以自然地防護(hù)月球表面的輻射和溫度變化。基地由一個(gè)金字塔形的地面入口和一個(gè)垂直的核心艙組成，核心艙連接著工作艙和生活艙，這些艙體都是用月球風(fēng)化層覆蓋的可充氣拱門構(gòu)成的。

而在2024年實(shí)施的任務(wù)中，嫦娥六號(hào)將會(huì)降落在月球背面南極—艾特肯盆地并開展采樣返回和探測(cè)。結(jié)合上文分析，嫦娥六號(hào)很可能承擔(dān)著探測(cè)水冰資源，勘察月球基地選址的責(zé)任，并攜帶3D打印原型機(jī)器一同進(jìn)行初期測(cè)試。

看起來，人們乘坐太空電梯到空間站，然后轉(zhuǎn)乘太空穿梭器去月球過黃金周的未來景象似乎觸手可及。

不知道大家是怎么看呢？你覺得中國(guó)能按期實(shí)現(xiàn)月球基地的建設(shè)嗎？3D技術(shù)建造基地可行嗎？還會(huì)有哪些困難存在？有其他更好的方法嗎？