模拟月壤制备技术研究进展论文

SCI论文（www.lunwensci.com）

　　摘要：月球是人类开启外太空探索的首个目标，正因如此，不管是对月球本身进行科学探索，还是将月球当作后续太空探测的前哨站，月球基地的建设都具有很高的战略价值。结合原位资源利用技术推动月球基地建设，不仅极大地节省了成本，也减少了地月运输的风险，是目前呼声极高的方案。而月壤作为月球表面最容易获得的材料，自然是作为原位资源利用技术的最佳原料选择。但是目前从月球上收集而来的月壤相当稀少，无法满足实验研究。因此许多国家研制了模拟月壤以便进行各项研究，充分挖掘月壤的潜力以及验证其作为原位资源的可行性。基于此背景，围绕模拟月壤的制备技术，分析讨论现阶段模拟月壤所面临的问题，然后从粉体研究、成型技术、烧结工艺3个方面介绍国内外关于模拟月壤性能提高的研究及其成果，最后对这些科研成果在月球上应用的前景和可能遇到的挑战进行总结与展望。

　　关键词：模拟月壤,原位制造,力学性能,制备技术


　　Abstract:The moon is the first goal of human exploration of outer space.Because of this,whether it is a scientific exploration of the moon itself,or the moon as a follow-up space exploration outpost,the construction of the moon base has a high strategic value.Combining in-situ resource utilization technology to promote the construction of lunar bases not only greatly saves costs,but also reduces the risk of earth-moon transportation.It is a highly appealing solution.As the most easily available material on the lunar surface,lunar regolith is naturally the best choice for ISRU technology.However,the lunar regolith collected from the moon is quite scarce and cannot be satisfied with experimental research.Therefore,many countries have also developed lunar soil simulants for various studies to fully tap the potential of lunar soil and verify its feasibility as an in-situ resource.Based on this background,the preparation technology of lunar soil stimulant was focused on,the problems faced by lunar soil simulant at the present stage were analyzed and discussed,and then the research and achievements on the performance improvement of lunar soil simulant at home and abroad was introduced from three aspects of powder research,molding technology and sintering process.Finally,the prospects and possible challenges of the application of these scientific research results on the moon were summarized and prospected.

　　Key words:lunar regolith simulant;in-situ manufacturing;mechanical property;preparative technique

　　0引言

　　深空探索，人类所开启的下一个太空版的“大航海时代”，由于其所具有重要战略意义，广受世界各国重视。而作为距离地球最近的天体和唯一的天然卫星，月球上蕴藏着丰富的矿产资源，并且拥有独特的空间环境，是人类开启外太空探索的首要目标，这也促使各大航空航天机构不断对其进行探索[1-4]。正因如此，无论是对月球本身进行科学探索，还是将月球当作后续太空探测的前哨站，建造月球基地都有着重要的战略意义[5-6]。但是，由于地月运输成本极其高昂，用于建设月球基地的原材料是一个问题，原位资源利用(In-Situ Resource Utilization，ISRU)技术的概念是在人类首次登月以来提出的[7]。ISRU的目标是开发随时可用的陆外自然资源(如月球表层)，其长期愿景是将设备送往世界各地，以制造能够承载未来载人任务的完整前哨基地，这些将能够维持对深空和附近行星目的地的长期探索[8]。作为月球表面最容易获得的材料，覆盖在整个月球表面的太空风化的产物——月壤，自然是作为ISRU技术推动月球基地建设的首选材料。因此，月壤作为月球基地建设的原材料具有巨大潜力，许多国家也为此目标投入了大量时间和资源进行研究，但是在技术进步、科研进展等方面都如同滚芥投针，只在实验室的模拟环境中进行的一些概念验证和可行性研究，总体处在一个早期探索阶段[9]。即便如此，运用月球月壤的ISRU技术的开发推进对于月球基地建设至关重要。资源的就地利用不仅可以显著减少地月之间运送的材料重量，而且极大地减少了成本支出和显著降低运输风险[10]。

　　目前从月球上收集而来的月壤相当稀少，这对相关的研究有着很大的约束性和局限性。对此，许多国家基于现有月壤的成分的数据，利用地球的矿物进行配比制备出模拟月壤，用于满足大量科学研究以及工程应用的需求。本文将围绕模拟月壤的制备技术，分析讨论现阶段模拟月壤所面临的问题，然后从粉体研究、成型技术、烧结工艺3个方面介绍国内外对于改善问题的研究及其成果，最后对这些科研成果在月球上应用的前景和可能遇到的挑战进行总结与展望。

　　1模拟月壤研制国内外研究现状

　　1.1模拟月壤的研制意义

　　月壤(Lunar Regolith)指的是广泛覆盖在月球表面的风化层，其形状不规则、厚度不均匀，是由陨石撞击、宇宙辐射、太阳风活动等一系列因素共同作用的产物。其组成较为复杂，主要成分有：橄榄石、斜长石、辉石、钛铁矿、尖晶石等矿物碎屑、原始结晶岩碎屑、玻璃、粘合集块岩、陨石碎片等[11]。月壤的成分使其有着成为良好建筑材料的巨大潜力，也使得在月球上运用ISRU技术建造月球基地这一设想成为可能。

　　ISRU技术首先要有月球上原位资源使用，但现阶段真实的月壤样品都极其珍贵，无法进行大规模的科学研究，尤其是不可回收的研究，将其用在工程应用的研究上更是难以实现。为此，许多国家针对不同的使用目的和需求，使用地球上的材料资源，结合真实月壤的成分组成进行配比，成功研制出不同类型的月壤实验用替代物——模拟月壤，如中国的CAS[12]、CLRS[13]系列、美国的JSC系列等[14]。可以说，模拟月壤这一实验用替代物的出现，对于开展多样化、大规模的月球研究与应用工作成为现实，对于推动月球基地的研究具有重大意义。现阶段各国所研制的模拟月壤样品汇总如表1[15]所示。


　　1.2模拟月壤所面临的问题

　　尽管从组成成分上来看，将月壤用于月球基地的建筑材料具备一定的可行性。但是，从阿波罗号采集回来的月壤样品的成分组成[16](表2)可以了解到，月壤组成成分较为复杂且颗粒形状不规则，这就导致其在加工尤其是热处理的过程中，容易出现气孔之类的瑕疵，这将严重影响月壤作为建筑材料结构件的力学性能。

　　王超等[17]使用CUG-1A模拟月壤，构建了一套试验系统，基于模拟月壤激光熔融成型工艺，研究激光输出功率和扫描速度在不同的组合条件下，模拟月壤的激光熔融直径和熔融深度变化关系。该实验结果说明，月壤材料的颗粒特征中有着复杂的级配关系，这将影响到月壤材料的3D打印成型。另外，该实验所得到的模拟月壤成品普遍产生了气孔、裂纹等瑕疵，这些瑕疵毫无疑问会影响样品的力学性能。

　　Song Lei等[18]使用月球表土模拟物CLRS-1进行真空烧结，探究烧结样品的物理化学性质，如密度、成分演变。从研究结果上，观察发现了烧结样品密度出现先增大后减小的现象，并且在处于较高的烧结温度阶段，样品出现了异常的孔隙。根据样品的外观特征变化推测其在真空烧结的过程中，样品内部可能形成大孔(图1)。这一结果与传统的材料真空烧结有所不同：传统的金属或陶瓷在真空烧结的成型过程中孔隙率会大大减少，有助于提高样品的致密度。最后，SongLei等人通过分析总结CLRS-1在热处理过程中的物质损失过程，说明了随着温度的升高，样品内的熔融非晶相固溶于矿物晶体中，固溶部分熔点降低，越来越多的低熔点固溶体生成并蒸发，材料的传质与气孔收缩也因此受到了阻碍，其结果就是样品产生大量毫米级的孔隙。这说明，模拟月壤在真空中进行烧结时，高温可能导致更多低温相的形成与蒸发，产生气孔使结构件的力学性能下降，这对于使用月壤作为原位资源建筑材料建造月球基地有着严重影响。对此，众多的研究人员旨在从多方法、多角度来改善问题，提高月壤作为原位材料建设月球基地的可靠性。


　　2模拟月壤材料制备研究进展

　　2.1模拟月壤粉体研究

　　考虑到月壤在成分、形貌等特性，以及其在加工过程中的一系列缺陷，从原材料的角度，即对粉体的相关研究，可为提高月壤作为原位材料的可靠性提供一个新的视点。Goulas等[19]使用JSC-1A月球表层模拟物粉体，结合基于激光的粉末床聚变(Powder Bed Fusion，PBF)工艺制备零件并对其相关性能进行了测试。从实验结果来看，成功制备的零件在外观上并无明显缺陷，测得其相对孔隙率为44%~49%，密度范围为1.76~2.3 g/cm3。而在力学性能的测试部分，被测零件表现出4.2±0.1 MPa的最佳抗压强度，相当于典型的黏土砖(平均抗压强度3.5 MPa)，弹性模量为287.3±6.6 MPa，理论上足以在月球上制造结构部件或相关替换部件，特别是在没有风暴和低重力的情况下。另外，零件的平均硬度值也达到了657±14 HV，该硬度值要优于作为实验对比的硼硅酸盐玻璃(平均维氏硬度580 HV)。研究认为，该工艺可适用于月球的ISRU技术制造，但是结合残余孔隙度的程度，其相比传统制造技术生产的样品(如传统烧结等)仍有待改善。不过，研究已展现了基于激光的PBF工艺服务于ISRU技术推动月球基地建设的潜力，在模拟月壤粉体研究方向上提供了独特的见解，拓宽了全新的思路。

　　粉末表面改性应用在月壤粉体上似乎也存在可探索性，已有研究表明其对于降低陶瓷浆料的黏度和提高数字光处理(Digital Light Processing，DLP)[20]制备的陶瓷部件的机械性能具有有效性[21]。因此，将模拟月壤粉体结合表面改性技术以制备具有优异性能的DLP打印浆料，用以改善或解决模拟月壤粉体因颗粒不规则、成分复杂等问题所引起的制备过程中出现气孔等缺陷或瑕疵，最终达到提高成品力学性能的目的，这不失为一种新的探索角度。

　　Chen Haoming等[22]将粉体改性技术与模拟月壤粉体结合，制备基于DLP立体光刻3D打印的浆料。该研究使用硅烷偶联剂(KH570)对月表土模拟物CUG-1A粉末进行改性，以改善光固化浆料的分散性和流变特性。将KH570添加到乙醇-水混合物中获得KH570水解溶液，随后将该溶液和月球风化层模拟物CUG-1A粉末混合，球磨混合并干燥过筛后制得改性粉末。然后将改性粉末与光引发剂添加到光敏树脂中搅拌获得光敏CUG-1A浆料，使用基于DLP的3D打印设备制造3D打印坯体。通过烧结后的改性粉末制备的样品(图2)表现出91.13±5.50 MPa的最高弯曲强度，相比未改性粉末制备的相应样品高22.5%。说明在相应的烧结温度下，由改性粉末制备的样品的弯曲强度高于由未改性粉末制成的样品。并且使用未改性和改性粉末制备的烧结样品的微观结构、相对密度和孔隙率的比较表明，粉末表面改性导致缺陷数量和严重程度的减少，并形成更致密和更均匀的微观结构。研究结果表明，粉末表面改性在烧结过程中促进了DLP打印月表土模拟物CUG-1A结构的致密化，从而提高了其抗弯强度。


　　根据上述研究，粉末表面改性工艺能有效提高基于DLP技术制备的模拟月壤构件的相对密度和抗弯强度。对一些复杂形状的月壤结构可以结合DLP立体光刻和粉末表面改性的新方法制造，这对月壤的粉体研究提供了一种新的角度。

　　2.2模拟月壤成型技术研究

　　增材制造(Additive Manufacturing)，即三维(3D)打印[23]，其相关技术可以实现随时利用场外的自然资源建设实物，以服务于ISRU技术为目标，因此被认为是行星原位制造的一个很有前途的候选者，从在月球上建造维持生命的栖息地到制造各种替代零件，旨在支持未来的人类外星探索活动。增材制造也是非常适合建造地面外基地的技术，与传统制造技术(如凝胶铸造、注射成型、干式压制和等静压等)相比具有显著优势。近年来，对基于月球表层(或模拟月壤)的增材制造成型技术研究如雨后春笋般涌现。

　　尽管已经有多种增材制造方法在模拟月壤ISRU技术的一些概念性、可行性研究中得到应用。然而，考虑到地月之间截然不同的重力环境，致使月壤粉体容易漂浮，难以控制；另外，如今所制备出的结构件普遍存在较多的孔隙等缺陷，使结构件的力学性能受到极大影响。所以，这些研究成果在未来应用上仍存在一些困难。因此制备出机械性能好、尺寸精度高、适用范围广的结构件，以适应条件严苛的月球环境是很有必要的。而具备成型速度快、精度高、打印形状复杂和打印结构件性能优良等诸多优点的DLP技术，或许是未来在月球建设的可行成型方法[24]。

　　Liu Ming等[25]基于DLP技术，结合开发的一项工艺，即通过还原聚合高钛月球风化层模拟物浆料制造结构，制备出拥有45%固含量的优异打印能力的浆料，随后将生坯经空气烧结，成功制备出最佳抗压强度和抗弯强度分别为428.1 MPa和129.5 MPa的样品。不仅如此，在观察层厚为25µm的样品断裂截面中，由于制备过程中无定形氧化物的挥发使得样品依旧存在孔隙和空隙，但是明显数量更少、直径更小，样品在宏观上也没有明显的缺陷，这也是样品能呈现出如此力学性能的原因。从研究结果可知，DLP技术制造月球表层结构以用于未来的原位行星制造的可行性，结合增材制造工艺的优势，这种制造方法作为未来月球基地建设大规模生产的能力有很大的发展潜力。

　　在诸多增材制造工艺中，激光增材制造也是应用广泛、成熟度较高的一种。Balla等[26]利用烧结或熔化来对物体进行增材制造，而非在混凝土或水泥中添加硫或水来致密化的纯风化层粉末，这是在月球上原位制造月球风化层零件的另一种可行的制造技术。他们提出运用激光近净成型(Laser Engineered Net Shaping，LENS)，即一种利用激光在沉积区域产生熔池以持续熔化粉末或丝状材料而逐层沉积生成三维物件的增材制造工艺技术。使用该技术制备了大量致密的模拟月壤结构件(图3)，这些样品几乎没有明显的宏观缺陷。尽管从结果上看，该技术不会造成凝固件的过度液相池扩张和开裂，是一种较为理想的技术，但该方法中需要将粉末材料通过压缩的空气或者氮气进行吹送，考虑到月球上的环境因素，该技术的实用性仍需要深入探究。


　　Goulas等[27]则研究使用激光熔化(LM)增材制造技术处理月球表层模拟物JSC-1A，设置的工艺参数为激光功率50 W、扫描速度210 mm/s、激光束光斑大小为300µm、阴影空间210µm和层厚150µm，制备出测量值为1.011 J/mm2的激光能量密度、40.8%的相对孔隙率、平均维氏硬度值为670±11 HV的样品。值得注意的是，样品表现出了相对较高的硬度，甚至略高于作为实验对比的钠钙玻璃(545±20 HV)。该研究所使用的激光熔化增材制造工艺技术，作为基于ISRU技术使用月球表层(月壤)现场制造所需的材料部件提供了一种独特的潜在解决方案。

　　通过上面几项研究可知，增材制造作为推动ISRU技术建设月球基地的成型技术，有着很大的发展和应用前景。但是，目前常用的增材制造方法在一定程度上都会受到月球极端环境的约束限制，尤其是原材料使用受限，研究人员们也因此将注意力投向了挤出式油墨3D打印这种对原材料的适用范围较广的技术。

　　Taylor团队[28]按一定质量配比将JSC-1A模拟月壤、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、二氯甲烷、乙烯乙二醇丁基醚和邻苯二甲酸二丁酯通过物理混合，研发了可用于3D打印的模拟月壤“油墨”，将油墨直接挤出打印制备出坯体，将坯体分为空气气氛和氢气气氛两个实验组中进行热处理，制备获得最终结构件。研究指出当烧结温度从1 050℃提高到1 100℃时，无论是空气组还是氢气组，样品致密化和相对密度均有提高。当时间从4 h增加到24 h后，在空气中烧结的改善尤其显著。与氢烧结微桁架相比，由于玻璃相形成的液相烧结，空气烧结微桁架的相对密度、线性收缩和峰值压缩应力增加。该方法使现场制造用于建筑材料的微型结构，例如用于通信、能源和运输系统，或者月球基地的支撑材料具备一定的可行性。

　　与其他增材制造成型技术相比，太阳能3D打印利用取之不尽的太阳能，不仅节省了能源成本，符合ISRU技术的宗旨，而且能有效降低工艺故障风险。Meurisse[29]通过实验对聚光逐层烧结月球风化层的可行性进行了论证，证明了仅使用集中阳光逐层烧结月球表层的可行性。该实验通过氙光聚焦测试证明了这一概念，即人造光的使用能按要求完成实验。而使用太阳光聚焦的实验中，由于大气波动等因素，该实验的模拟月壤各层烧结出现了不均匀的现象。在这项工作中，制备出了第一块由模拟月壤制成的太阳能3D打印砖块(图4)。然而，经测得烧结砖的实际抗压强度小于5 MPa，尚不可能用于月球基地的建设这类建筑用途。在微观尺度上，运用层析成像分析，样品呈现出大量或开放、或封闭的孔隙，烧结层之间也存在不连续性，这归结于月壤的粒度范围分布较广。通过减少连续层的烧结时间，改善层与层之间的结合，能够提高烧结体的力学性能。该技术工艺在月球上的应用旨在说明月球表面太阳能增材制造的适用性、可行性，与从地球上发射同等基础设施相比，潜在的成本节约或许是进一步推动该技术发展的动力。


　　通过上述对模拟月壤样品的成型技术的研究现状可得知，增材制造技术与ISRU技术相结合有望解决在月球上制备结构件所遇到的部分难题。虽然计划建造月球基地的计划历经了多年的发展，并且各种成型方法逐渐改善，但是在实际月球环境应用中仍面临着不同程度的问题。月球基地的建设只依赖单个成型技术是不现实的，未来可能需要多种工艺技术、多个学科领域交叉结合。此外，有关成型技术的研究也只是制备链的其中一环，其他环节如烧结工艺对于提升模拟月壤的性能也有着不可忽视的影响。

　　2.3模拟月壤烧结工艺研究

　　现阶段国内外除了对模拟月壤成型技术方面的研究不断深入，对于模拟月壤烧结工艺的研究探索也同样关注。事实上，考虑到真实月壤与模拟月壤之间的差异、地月环境间的差异等因素，烧结工艺及其各项参数都会对模拟月壤在烧结过程中的物理化学变化产生不同程度影响。探索并进一步优化改善模拟月壤的烧结工艺，以此提高模拟月壤的力学性能，为推动原位资源月球材料制备提供新的可行性参考方向。

　　Wang Chengyun[30]及其团队对低钛模拟月壤原料的还原光聚合和后热处理进行了综合分析，研究了低钛模拟月壤CUG-1A结合还原光聚合技术和优化热处理工艺，目的是制备出力学性能好、尺寸精度高的模拟月壤结构件。实验浆料由CUG-1A模拟月壤、丙烯酸树脂和光引发剂混合制备而成，然后使用还原光聚合来构建层间结合强度良好、尺寸精度高的模拟月壤生坯，脱脂烧结环节分为空气组和氮气组。该实验研究了烧结气氛和加热速率的优化对样品的影响机制，以提高部件的力学性能。实验结果表明，加热速率通过对树脂分解和去除以及矿物传质的综合作用影响裂纹扩展，但加热速率的变化对烧结件的力学性能无明显影响。此外在脱脂烧结环节中，相比氮气组，含氧环境中的氧和有机物充分反应，有助于树脂的充分排出，这使得树脂几乎完全排出，并且有效减少了材料蒸发，使矿物发生更多的传质反应，这使得样品获得了更高的致密度，且孔隙和开裂等缺陷显著减少，烧结体拥有更高的力学性能。最终，该实验在烧结温度为1 075℃的空气组制备出最佳弯曲强度、抗压强度和密度分别为108.8 MPa、222.8 MPa、2.66 g/cm3性能最佳的烧结件(图5)。


　　放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering，SPS)作为一种新的烧结技术，自身有着升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等特性。对比传统的烧结工艺，它能显著降低烧结温度、加速致密化过程、改善微观结构演变和提高机械性能。

　　Zhang Xiang等[31]运用放电等离子烧结工艺，研究其对月球表层模拟物(FJS-1)力学性能影响的基本机制。实验结果表明，样品在1 050℃中达到最高密度，该样品表现出的抗压强度和抗弯强度分别为(219.0±5.5)MPa和(37.6±2.8)MPa，此结果要远高于普通混凝土的典型强度值(抗压强度和弯曲强度通常分别为20~40 MPa和3~5 MPa)。另外，烧结温度是决定SPS过程中最终密度和孔隙率降低的主要因素，较高的温度可以增强更均匀和更致密的微观结构。可见，SPS技术能作为潜在可行的ISRU方法，用于在月球表面生产特定性能和有针对性的应用建筑组件。

　　微波烧结具有升温速度快、能源利用率高、加热效率高和安全卫生无污染等特点，并能提高产品的均匀性和成品率，改善被烧结材料的微观结构和性能，已经成为材料烧结领域里新的研究热点。其独特的加热机理。即微波直接与物质粒子(分子、离子)相互作用，利用材料的介电损耗使样品直接吸收微波能量从而得以加热烧结的一种新型烧结方法。微波烧结也因其优点被认为是一种在月球上制备结构材料的高效、节能和快速加热技术。

　　Zhou Chuanjiao等[32]研究了钛铁矿含量和烧结温度对月球风化层模拟物CLRS-1特性的影响。设定不同的温度下，通过微波烧结不同钛铁矿含量的样品制备产物。由实验结果可知，钛铁矿含量和烧结温度对月球风化层模拟物CLRS-1的力学性能有显著影响。在1 300℃下钛铁矿含量4.6%的样品表现出优异的性能。该组样品几乎完全由玻璃组成，具有致密的结构，几乎没有可见的孔隙和裂缝(图6)。可见，利用微波原位高温烧结模拟月壤，可以直接制备出具备优秀力学性能的结构材料。这项工作中微波烧结实验的参数可能有助于未来在月球上制备结构材料。然而，考虑到月球与地球截然不同的环境差异，将会影响烧结过程和烧结成品的特性。


　　Dou Rui等[33]研究气氛和温度对月球表土产品的力学性能、微观结构和化学成分的影响，评估月球风化层的烧结特性，改善导致烧结样品力学性能的因素(孔隙、裂纹等)，充分挖掘月壤的应用潜力。该实验使用月球表层模拟物CLRS-2作为原材料，基于DLP技术打印制备模拟月壤坯体，烧结部分分为空气组和氩气组，探究不同气氛和烧结温度对模拟月壤结构件力学性能的影响，以此评估月球风化层的烧结特性。由实验结果可知，无论哪个气氛组，样品的力学性能都随着温度的升高而提高。空气组在1 150℃烧结样品获得了最高的收缩率，并且拥有最佳的力学性能，其平均抗压强度和弯曲强度分别达到了312.2 MPa和74.1 MPa，推测是该温度下玻璃相的软化温度低导致微孔和裂纹数量减少。分析中也说明了空气烧结过程中，矿物颗粒更容易熔解，这有利于颗粒的粘结和更好地填充气孔和裂纹。与之相反的是，在氩气气氛下的烧结样品由于缺乏玻璃相而表现出较低的密度，平均抗压强度和弯曲强度分别为(55.2±5.2)MPa和(24.02±2.71)MPa。表明了在两种烧结气氛下烧结样品产生了不同的化学反应机制，烧结气氛对月壤烧结体的微观结构和宏观力学性能有着显著影响。

　　3前景与挑战

　　尽管研究人员在模拟月壤研究方面已取得了诸多成果，但是运用ISRU技术利用月壤进行月球基地的建设仍充满诸多挑战。在月壤材料方面，虽然在科研人员的不懈努力下，经过不断改进，现阶段的模拟月壤在组成成分上已经非常接近从月球所收集回来的月壤。但是，由于无规则的粒径分布，复杂的成分组成，以及内部颗粒之间庞杂的级配关系等因素特性，致使模拟月壤在成型处理的过程中，将发生众多难以控制的化学反应以及伴随着一系列的内部结构演变。成型样品容易出现内部结构疏松，产生孔隙或裂纹等一系列严重影响其力学性能的缺陷，这类缺陷使月壤作为月球基地建设的原位材料来说是不可行的。另一方面，现阶段所取回的月壤样品只是月球上已探索的一片小区域，月球不同地点的月壤在成分上的差异，和模拟月壤与月壤之间成分形成环境的不同，都对后面的制备提出了挑战。在制备技术方面，众多的科研人员从粉体、成型技术、烧结工艺等多个角度进行研究探索，改善模拟月壤的缺陷并以此提高其作为结构件的力学性能，让月壤能真正应用到实际的月球基地工程建设中。然而无法忽视的是，这些技术方案是在实验室环境中进行的，在月球上执行将面临诸多挑战，例如，在微重力环境中如何使用或存储粉体与溶液；在温差大的环境中，增材制造成型技术能否实现同在地球工作时一样的精度；在高真空的环境下，由于热传导制度不同，同样的烧结工艺也会产生不同的烧结机理。在地月环境差异方面，除了诸如大气、温差、重力、辐射等因素，月球上仍充满许多未知的因素。

　　对模拟月壤及其制备技术的研究虽充满挑战，但其作为月球基地建设的原位材料和应用技术依旧充满前景。首先，月壤广泛覆盖在月球表层，是数量最多且最容易开采的月球资源，这也是它成为ISRU技术的首选材料的原因。其次，现阶段国内外对于模拟月壤制备技术的研究呈现出多方面、多角度的趋势，无论是从原材料粉体的改性，还是在成型上结合增材制造技术，亦或是对烧结工艺的深入探索，所制备出的模拟月壤成品均获得了不同程度上的缺陷改善以及力学性能提升，相信经过不断的优化，在性能上仍有很大的提升空间，从而极大地推动月球基地建设乃至探索事业不断向前发展。再者，月球基地的建设不仅需要力学性能优异的材料，而且多技术、多学科、多领域的相互配合、交叉作用、共同发展同样不可或缺[34]。人类对于月球的探索仍处于早期阶段，相关研究任重而道远。

　　4结束语

　　本文基于月球探索，结合ISRU技术以月壤作为原位材料推动月球基地建设为背景，围绕模拟月壤的制备技术，首先分析现阶段模拟月壤研究中所面临的问题，即所制备的样品普遍存在孔隙裂纹等瑕疵，不仅影响其力学性能，而且也对月壤能否作为月球基地建设原位材料打出问号。然后分别从粉体研究、成型技术、烧结工艺3个方面介绍国内外对改善上述问题、提高模拟月壤制备件力学性能所做的相关研究及其成果，对推动和拓展模拟月壤制备技术及后续对其实用性、可行性考量具有重要意义。最后简述了模拟月壤及其制备技术在未来月球应用的前景和将要面对的挑战。本文旨在为未来月球原位资源利用及其制备技术的相关研究提供参考。

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