我们将如何在月球上建造第一条道路
未来采矿基地的计划以及计划中的年阿尔忒弥斯三号登陆月球等任务即将开启人类在太阳系中更广泛存在的新时代。许多作家和电影制作人在月球上描绘人类的最疯狂的想象在我们的现实面前苍白无力-因为我们采取具体行动使月球成为一个真正的，有效的科学殖民地。
?道路和科学站栖息地等长期基础设施的两个关键：1.可持续地创造可在月球上本地采购和加工的材料2.可以在现场建造基础设施的月球机械
为了开发必要的技术，NASA正在投资学术界和工业界的工程创新。在其他投资中，该航天局在年授予总部位于奥斯汀的3D打印公司ICON一份价值万美元的合同，用于建造月球道路和其他基础设施。在太空计划中，阿尔忒弥斯任务将为人类在月球上长期、持续的存在奠定基础，包括演示月球采矿工具提取金属。
在学术界，宾夕法尼亚州立大学教授斯文·G·比伦（SvenG.Bilén）等工程师正在研究月球表面基础设施的可行设计，包括用于栖息地和道路的3D打印，以及使用微波为各种月球应用提供动力。
为什么我们需要月球上的道路月球上的道路不仅仅是为了看起来未来主义和酷炫。众所周知，在光秃秃的风化层（月球松散的灰尘、土壤和破碎岩石的顶层）上行驶会导致问题——危险的问题。阿波罗宇航员在他们的月球车里走来走去很好。但他们很快意识到他们正在将不需要的灰尘带回漫游车。“首先，风化层没有像地球上的沙子或砾石那样风化。所以它就像锯齿状的小剃须刀片。那些剃须刀片进入每一个关节，每一个橡胶垫圈，然后把它们吃掉，“比伦向大众机械师解释道。其次，月球尘埃是由带静电的微小粒子组成的，这些粒子不仅粘附在所有物体上，而且可以被吸入，这对我们的健康有害。平坦、压实的道路可以防止扬起灰尘，Bilén说。
袁霞//盖蒂图片社道路铺设需要用松散的颗粒压实坚硬的表面。“我们在地球上有很多方法可以做到这一点。最简单的方法是夯实它，基本上压缩它。随着时间的推移，很多土路都是这样做的，“比伦说。“问题是它不是很耐用。当你开车经过它们时，它往往会撕毁东西。另一种方法是取砾石，然后将其与焦油混合-基本上是制造沥青，然后是黑顶道路。
在地球上，您可以使用水泥的混合来制造混凝土，水泥是水、细沙和少量其他经过化学硬化过程的粘合剂。在月球上，你必须处理我们通常用于道路的缺乏成分的问题。
3D打印外星混凝土这就是为什么用风化层制造混凝土将是一个基本的必要性。Bilén和宾夕法尼亚州立大学土木工程教授AleksandraRadlińska是一个跨学科团队的成员，该团队由同事和学生组成，他们在年美国宇航局的3D打印栖息地挑战赛中获得第二名。Radlińska和她的土木工程同事设计了建造稳定的机器人3D打印火星栖息地所需的混凝土。它基于一种“马氏混凝土”，一种将熔化的硫磺与沙子混合的材料;各种工程师，不仅仅是宾夕法尼亚州立大学的工程师，一直在研究马斯克雷石的用途。
宾夕法尼亚州立大学团队的混凝土必须模仿火星土壤，并且使用很少的水。然而，在比赛期间，科学家们最终发现火星有水，因此工程师能够改变他们的混合物，以利用更方便的波特兰水泥，这是建筑行业最常用的水泥类型。它是石灰石和粘土矿物以及一些石膏的组合-当然，水也是混合物的一部分。
月球将需要一种基于月球风化层的不同类型的混凝土混合物。Radlińska的团队在过去几年中向空间站发送了模拟的月球风化层材料，以测试它们在不同重力水平下与水的混合程度。一些样本被附着在空间站的外部，以模拟月球上的极端温度和辐射。
年，拉德林斯卡告诉美国土木工程师协会（ASCE），月球上的最终混凝土可能不含任何水，因为任何微量都是宝贵的——用于生命支持和其他需求。还有其他挑战，例如围绕在非常低重力下混凝土中形成的许多裂缝进行设计。这是因为“载荷在太空中的分布与地球上不同，因此必须调整这些新材料的拉伸压缩平衡，”Radlinska告诉ASCE。她建议，一种解决方案可以结合在月球上发现的玄武岩纤维来加固混凝土混合物。
Bilén认为，无论原材料将采取何种形式，宾夕法尼亚州立大学的团队都证明，某种3D打印技术可能是月球的理想建造方法;它比从地球，英里运输材料高效且便宜得多。目前将火箭及其货物发射到地球轨道的成本约为每公斤10，美元。利用月球上的可用资源是一个更可行的解决方案。
三月，美国宇航局选择了宾夕法尼亚州立大学的Bilén学生研究团队参加其突破性，创新和改变游戏规则（BIG）的想法挑战赛。他们将尝试创造性地在月球上寻找金属资源。这些风化层金属可能被用来加固混凝土道路，Bilén说。在地球上，我们通过插入钢筋来支撑混凝土结构，钢筋是专门的金属棒。在月球上，我们也许可以开采钛铁矿，一种风化层中的黑色铁钛氧化物。Bilén说，冶炼-或加热和熔化氧化物以提取其金属成分-可以为月球道路产生钢筋。
在曼彻斯特大学，一个团队最近提出了“StarCrete”，将模拟的火星土壤与马铃薯淀粉和少许盐的粘合剂混合。结果是传统混凝土的两倍强度，使其成为外星建筑项目的良好候选者。
美国宇航局预计未来几年全球各个研究团队将在月球上进行小型技术演示。Bilén警告说，虽然这将是重要的一步，但我们离建立基于月球的建设还很远。“展示一些东西和实际在月球上进行整体建设之间存在很大差异，”他说。
使用微波技术加工金属除了3D打印技术和月球混凝土的制造外，NASA正在投资研究资金的领域之一是微波烧结，它将使用高功率微波来加热和压缩金属粉末，直到它硬化成坚固的材料。结果可能看起来有点像玻璃，它可以被制成砖块并安装到道路或其他结构中。Bilén说，微波可以增强混凝土过程的固化，他正在探索微波技术在月球上的许多潜在用途。
他说，我们可以在最近的邻居上实现“微波经济”，因为微波可用于在制造道路材料和砖块的过程中为各种应用提供动力，例如加工金属。微波还可以用于医疗应用、农业过程，当然还有烹饪。使用微波，电力传输可以跳过大量的布线。“你可以在月球上从一个地方发射到另一个地方，以操作漫游车和类似的东西，”比伦说。例如，他的一个学生正在研究一种使用光束微波的水基推进技术。
围绕自然景观修建道路桑德罗·比萨罗//盖蒂图片社月球地形本身就是月球基础设施的资源，Bilén说。例如，科学家们正在考虑使用空熔岩管进行居住，但它们也可以用作车辆和材料的储存库。“好消息是你不必建造它们。你只需要把它们弄平，“比伦说。同样，陨石坑可以用于防爆盾牌，或作为着陆点，或者可能是栖息地的底部和墙壁。“这就像地球上的道路规划者。他们使用拓扑结构，景观的特征。如果有一座山，他们不会只是钻过它，对吧？除非这是最有效和最有效的方法，“他说。同样，我们可以在自然月球拓扑周围建造道路和工作或生活区。
月球也将成为进一步冒险进入太空的起点。美国宇航局在三月底宣布了其月球到火星计划。该机构相关的月球到火星行星自主建造技术（MMPACT）计划侧重于月球建设，将我们在月球上学到的知识应用于火星栖息地。
比伦做出了一个明智的猜测，第一批宇航员可能不会在月球上定居很长时间，直到年代。Bilén说，我们才刚刚开始实现人类在月球上的持续存在所需的工作，只有通过建筑师，土木工程师和电气工程师等不同学科之间的合作才能实现。
幸运的是，这种合作在具有行星际范围的任务中变得越来越普遍。“这不是一个微不足道的问题。创新将要发生的地方是当你把来自不同背景的人聚集在一起时。这就是你真正可以提出这些创新解决方案的地方，“他说。
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