华中科技大学丁烈云院士团队把在月球上建造的中国基地样式定名为“月壶尊”，这是一个外形酷似鸡蛋壳的建筑。他们已制备出国内首个模拟月壤真空烧结打印样品，实现“从0到1”的重大突破，研究成果发表在国际顶级期刊上。

丁烈云介绍：月球探索分两个阶段：第一阶段是绕落回，这个已经结束了；第二阶段是建设月球科考站。建科考站第一步就是勘探，然后才是建设月面基地，最后才是使用。现在勘探工作还没有做完，“月壶尊”是先于人上月球还是后于人在月球上建造，还没有考虑成熟，现在的预研究是一种探索。

在月球上用月壤做房子

 7月7日，在华中科技大学国家数字建造技术创新中心，记者见到了3D打印模型“月壶尊”。从外面看，它像是一个放大的鸡蛋壳竖立在地面。

作为建筑物，“月壶尊”里面并没有承重的“四梁八柱”，蛋壳顶端是穹顶结构，蛋壳体分内外两层，中间夹一层类似于肋骨的结构，以增强稳定性。

华中科技大学土木与水利工程学院数字建造与工程管理系主任周诚教授介绍，记者眼前的“月壶尊”属于缩小版，它真实的长宽高均为3米，类似于一个圆形结构的房子，房间分成上下两层，分成工作间和休息间。

这个大胆的构想由中国工程院院士、国家数字建造技术创新中心首席科学家丁烈云提出的。他们将中国传统制砖砌筑的建造方式与3D打印建造方式相结合，采用整体预制拼装、局部打印连接的方式，原位设计建造月面基地。

“月面基地不可能从地球上携带建筑材料到月球上建造，这样的话建筑成本会极贵。”丁烈云将“月壶尊”定位为“原位建造”，即主要建造材料来源于月球本身而不是地球。

由于月球上没有大气，再加上月面物质的热容量和导热率又很低，因而月球表面昼夜的温差很大。白天，月球表面在阳光垂直照射的地方温度最高可达127℃；夜晚，其表面温度可降低到零下183℃。在这样的地方建造房子无疑是一种考验。

2021年底，外形像竖立的鸡蛋壳的“月壶尊”成为月面基地建筑物的定型样式。“这一点符合丁烈云院士要求的既体现中国元素又有科技感。”现在，周诚每天的研究工作都在与这枚“蛋壳”打交道，用什么材料、用什么工具、怎么建造。    

上小学的儿子得知周诚研究“月壶尊”的用途后很兴奋。孩子每天放学回家后就缠着父亲问个不停。在这个孩子眼中，嫦娥奔月、吴刚伐桂、天狗吞月这些都是传说，还有什么比在月球上做房子更梦幻的事呢！

周诚表示，月表地震频繁，“月壶尊”造型的稳定性可以抗击小地震，也恰好满足了建筑物保温隔热的效能。中国的探月工程表明，月球南极可能有连续光照的区域，可作为月球基地的理想选址。

“月壶尊”建造面临五大挑战

国际上对月球建造的共识是，不从地球上带物质上去，尽可能使用月球上的材料进行原位建造。丁烈云团队此前在吉林一个火山口寻获到的火山灰，成为建造“月壶尊”的模拟月壤。

今年暑假期间，国家数字建造技术创新中心同样热火朝天。室内两名博士生韩文彬和王宇向正围着电加热炉，观看模拟月壤烧结成型砖块的过程，看看烧结产品在月面环境下可不可靠。

烧结完成后，韩文彬对产品的强度、热学性能、耐久性等进行研究，而王宇向则在导师周诚教授的安排下专注于3D打印工艺的进一步优化。

“月球造房最大的挑战在于极端环境。”周诚列举了月表环境对建造“月壶尊”的五大挑战。除了昼夜巨大温差对房子的结构性能影响外，还有散热规律不同于地球的真空环境、时间更长和频率更高的“月震”、陨石对月表的频繁冲击、月表重力会改变材料与结构的受力状态等不利因素。

团队最初设想采用两种方式在月表建造“月壶尊”。一种采用3D打印施工，先在月表用注浆加固法打地基，然后在地基上打印结构，穹顶采用气囊放置法固定，再在气囊上打印穹顶，最终打印成型；另一种方式主要采用机械臂拼装施工，将太阳能或者激光烧结好的月壤砖通过机械臂一块块拼接起来，并提前做好“月壶尊”穹顶。

周诚介绍，国外建造月面基地的技术体系是3D打印。这个工艺可以建造各种形状的月球基地结构，但3D打印是个连续过程，一旦打印过程出现被打印结构破损开裂的情况，整个结构就失效了。一次性成型的风险很高，同时耗能太大。

他们团队借鉴中国传统砌筑和榫卯连接方式，提出利用月壤烧结出带有榫卯结构的月壤砖，再进行拼装建造，通过烧结月球砖把一次性成型的风险分散掉，然后由机器人砌筑，同时用3D打印加强连接来完成结构，避免结构变形。

丁烈云团队最后将两种施工方案融入一种名为“月蜘蛛”的机器人身上。周诚说，“月蜘蛛”属于3D打印机器人，远看像蜘蛛，上部分是混联机械臂，下部分是多足平台。按照设计要求，机械臂有200千克，底盘有500千克，施工时机械臂也可换成3D打印机。地面打印“月壶尊”和月面打印的步骤是一样的，不同的是施工环境差异，月面施工需要将结构和材料一体考虑。

“月壶尊”列入科技部重点研发计划

建造月面基地的设想起始于2015年。“建筑转型升级最重要的一个方面就是3D打印，而在月面打印基地的设想是一个很自然的想法。”丁烈云院士没有将设想停留在纸面，瞄准月面基地建造带领团队说干就干。“当时是我们自己研究，自己投入，在国家层面并没有‘名份’，不代表国家队。”周诚向记者回忆，他们开启这个项目的研究后，丁烈云院士带领他们去有关部委对接，对方都很“吃惊”。

中国探月工程总设计师、中国工程院院士吴伟仁后来关注到这个科研项目，认为在月面打印基地的设想——“轻量化可重构月面建造方法研究”属于基础性研究，很有价值。

科技部2021年底将“轻量化可重构月面建造方法研究”列入重点研发计划，成为“工程科学与综合交叉”的重点专项。华中科技大学成为该项目的首席科学家单位。

“月面基地建造工程化是一个长远的目标，目前按照课题目标，我们是有信心实现的。”丁烈云告诉记者，目前课题项目还有一系列的问题要解决，比方说打印好了“月壶尊”以后里面充气设施如何工作、建造“月壶尊”的月面具体选址问题等，好多问题都需要解决。

“目前我们所做的就是从0到1的探索，不能说马上就能使用，这是一个相对长远的规划。通过进一步月球勘探，或许会取得更多资料，说不定未来会变更技术路线，或者采用更新的技术路径来建造月球基地。”丁烈云说。

文/杨佳峰

编辑/倪家宁