從“嫦娥之父”、中國科學(xué)院院士歐陽自遠(yuǎn)對(duì)月球開始研究并發(fā)出“中國人有能力踏上月球”的最強(qiáng)音，到探月工程成為國家重大科技專項(xiàng)，再到嫦娥系列探測器的發(fā)射，中國的探月腳步從未停歇。

　　2020年12月17號(hào)，我國嫦娥五號(hào)探測器攜帶1731克月球“土特產(chǎn)”成功返回地球，這是人類40余年后再次采集月壤，也使中國成為繼美國、前蘇聯(lián)之后，第三個(gè)成功采集月球土壤的國家。這些來之不易的珍貴月壤的研發(fā)進(jìn)展情況，一直備受關(guān)注。

　　嫦娥五號(hào)月壤樣品能夠帶來哪些重大發(fā)現(xiàn)？在月球建設(shè)“房子”是否可行？最近，隨著中核集團(tuán)中國原子能科學(xué)研究院（下稱中核集團(tuán)原子能院）公布在相關(guān)月壤中測定40多種化學(xué)元素含量、清華大學(xué)研發(fā)科研團(tuán)隊(duì)提出利用月壤制成品建造半地下式月球基地等相關(guān)研發(fā)成果陸續(xù)發(fā)布，月壤背后的神秘面紗被逐步揭開。

　　基礎(chǔ)研究揭開月壤奧秘

　　探月是為了拓展人類知識(shí)的邊界，最大化地利用宇宙資源。自2021年7月以來，探月與航天工程中心已經(jīng)陸續(xù)審核并組織發(fā)放三批月球科研樣品，目前第四批月球科研樣品正整裝待發(fā)。在近9個(gè)月的時(shí)間里，我國科學(xué)家經(jīng)過不懈努力，在嫦娥五號(hào)月壤樣品上陸續(xù)取得發(fā)現(xiàn)和突破。

　　隨著技術(shù)和方法的不斷改進(jìn)和升級(jí)，我國科學(xué)家正在通過多種技術(shù)，揭開更多關(guān)于月球的奧秘。日前，中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào)記者從中核集團(tuán)原子能院了解到，該院研發(fā)團(tuán)隊(duì)利用核技術(shù)對(duì)嫦娥五號(hào)月球土壤樣品進(jìn)行分析研究，得到了與化學(xué)元素含量相關(guān)的最新研究成果。

　　“我們使用核反應(yīng)堆，對(duì)嫦娥五號(hào)月壤樣品進(jìn)行了研究，然后在這個(gè)研究里邊精確測定了40多種化學(xué)元素的含量，包括主量元素、微量元素以及痕量元素。”中核集團(tuán)原子能院核物理研究所所長郭冰表示，此次科研團(tuán)隊(duì)通過采用中子活化分析技術(shù)，對(duì)嫦娥五號(hào)所采集的月球樣品進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)嫦娥五號(hào)月球樣品中所含有的化學(xué)元素含量與地球樣品存在很大差異。

　　深圳博物館天文學(xué)策展人李百樂博士告訴中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào)記者，我國對(duì)于月壤的研究已經(jīng)有超過40年的歷史。上世紀(jì)六七十年代，美國共采回月球樣品約380千克，于1978年12月，將其中1克贈(zèng)送給中國。我國收到后，將其中0.5克用來做科學(xué)研究，0.5克保存在北京天文館供觀眾參觀。也正是這1克月壤，開啟了中國對(duì)于月球探索的步伐。

　　此前，中核集團(tuán)原子能院核物理研究所曾使用中子活化分析技術(shù)，對(duì)美國阿波羅號(hào)采集的月球樣品進(jìn)行研究，測定了樣品中36種元素含量。而此次中核集團(tuán)原子能院核物理研究所團(tuán)隊(duì)測定嫦娥五號(hào)月球樣品不僅化學(xué)元素的數(shù)量更多，而且元素含量也有差異，分析準(zhǔn)確度有較大提高。其研發(fā)成果還發(fā)表在國際化學(xué)領(lǐng)域最具權(quán)威和最有影響力的期刊之一《美國化學(xué)會(huì)志》上。

　　“中子活化分析技術(shù)是一種高靈敏度、高準(zhǔn)確度的核分析的方法，我們通過反應(yīng)堆產(chǎn)生的中子去轟擊待分析的樣品，然后中子和樣品發(fā)生核反應(yīng)，放出它的特征射線，就像人的指紋一樣，具有獨(dú)特性。”郭冰表示，此次嫦娥五號(hào)月壤樣品的研究成果對(duì)于加深人類對(duì)月球演化的認(rèn)識(shí)，以及我國后續(xù)對(duì)月球探測與資源開發(fā)和利用具有重要意義。

　　月球的巖漿作用在何時(shí)停止，一直是月球演化歷史研究中的重大科學(xué)問題之一，此前關(guān)于月球樣品的研究成果并未發(fā)現(xiàn)月球存在比29億年年輕的巖漿活動(dòng)。

　　2021年10月8日，由中國地質(zhì)調(diào)查局中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所北京離子探針中心劉敦一研究員和地質(zhì)所海外高級(jí)訪問學(xué)者澳大利亞科廷大學(xué)Alexander Nemchin教授領(lǐng)銜的國際研究團(tuán)隊(duì)，以嫦娥五號(hào)采集的月壤為研究對(duì)象的首篇學(xué)術(shù)成果《嫦娥五號(hào)年輕玄武巖的年代與成分》登上國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Science》。該研究成果證明月球在19.6億年前仍存在巖漿活動(dòng)，使目前已知的月球地質(zhì)壽命（29億年）“延長”約10億年。據(jù)了解，團(tuán)隊(duì)對(duì)嫦娥五號(hào)月球玄武巖開展了年代學(xué)、巖石學(xué)、礦物學(xué)研究，為完善月球演化歷史作出了重要貢獻(xiàn)。

　　應(yīng)用研究探索月球“蓋房”

　　自2020年我國嫦娥五號(hào)從月球帶回真實(shí)月壤起，我國嫦娥探月工程發(fā)展計(jì)劃已經(jīng)完成了“繞、落、回”三步走，后續(xù)還有“勘、建、用”等計(jì)劃。也就是說，在不遠(yuǎn)的將來，人類在月球上建設(shè)“房子”將成為可能。

　　近日，在清華大學(xué)科學(xué)博物館舉行的第21期科學(xué)博物館沙龍上，清華大學(xué)教授、土木工程系主任馮鵬從月面建造“房子”的角度分享了他的研究成果。開拓地外空間是整個(gè)人類的夢想和追求，在未來的30年至50年里，人類將可能在月球上建造城市，甚至去旅游度假，而這與馮鵬和他的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在所做的研究和創(chuàng)新息息相關(guān)。

　　在中國神話中，月亮上有一座著名的建筑——廣寒宮，而在古人的想象中，廣寒宮無比豪華恢弘。但在“嫦娥五號(hào)”落地后拍攝的月球表面照片中，我們能看到月球其實(shí)非常荒涼。“月面建造基地難度很大，首先它需要以無人化和自動(dòng)化的方式來實(shí)現(xiàn)，其次還面臨著大溫差、超真空、低重力、強(qiáng)輻射、少資源等挑戰(zhàn)。”馮鵬對(duì)本報(bào)記者表示，目前，從地球攜帶大量材料用于月面基地等建設(shè)耗時(shí)耗力，而“就地取材”使用月壤等原位資源及材料必然可以大幅減少來自地球的發(fā)射質(zhì)量和體積。

　　在科學(xué)家的設(shè)想中，月面建造的對(duì)象包括場地、建筑物和構(gòu)筑物三大類，場地經(jīng)平整硬化形成基礎(chǔ)道路，敞開式的構(gòu)筑物用于設(shè)備及器械的存放，封閉式的建筑物則是容納人類活動(dòng)的主要空間。有鑒于此，馮鵬帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行一系列技術(shù)攻關(guān)研發(fā)，并提出半地下式月球基地建造方案，采用充氣氣囊、月壤磚、月壤袋結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)月球基地建設(shè)。

　　“我們團(tuán)隊(duì)所研究的月面建造方案，主要利用月面上的月壤材料，結(jié)合抗拉性能優(yōu)良的高性能纖維，通過相應(yīng)的工藝制成月壤磚、月壤袋構(gòu)件，輔以充氣氣囊，并通過機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)施工。”馮鵬表示，此方案的原位資源利用率可達(dá)99%以上，原位資源適應(yīng)性高。

　　目前，馮鵬研發(fā)團(tuán)隊(duì)在月壤磚、月壤混凝土燒結(jié)等方面實(shí)現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新，并提交“月球基地建造用月壤袋結(jié)構(gòu)”“適用于月面硬化的微波燒結(jié)自動(dòng)化設(shè)備”等多件中國專利申請(qǐng)。與此同時(shí)，我國科學(xué)家在相關(guān)領(lǐng)域研究如火如荼，例如我國哈爾濱工業(yè)大學(xué)苗常青團(tuán)隊(duì)針對(duì)月球基地對(duì)大尺寸居住密封艙的需求，提出一種具有月壤填充艙壁的充氣展開式密封艙，并提交“一種具有月壤填充艙壁的充氣展開式密封艙”等多件中國專利申請(qǐng)。

　　探索浩瀚宇宙永無止境，攀登科技高峰任重道遠(yuǎn)。“古代人只能望月，而現(xiàn)在我們期待能在探月的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)駐月的夢想。在前所未有的極端環(huán)境、極度匱乏資源的情況下建造‘房子’，人類將面臨著巨大的挑戰(zhàn)。星河璀璨，求索無疆，我們才剛剛起航。”馮鵬表示。

　　近日，“天質(zhì)自清華——來自月球的問候”展在清華大學(xué)科學(xué)博物館舉辦。清華附中的學(xué)生在觀看嫦娥五號(hào)月球樣品照片及半地下式月球基地建造模型。展覽期間，清華大學(xué)教授、土木工程系主任馮鵬分享如何在月面上“蓋房子”。