當(dāng)?shù)貢r間2月8日，馬斯克在社交平臺X發(fā)帖稱，“SpaceX已經(jīng)將重心轉(zhuǎn)移至在月球上建造一座可自我擴張的城市上，因為我們有望在10年內(nèi)實現(xiàn)這一目標(biāo)，而前往火星則需要20年以上?！?/p>

馬斯克資料圖

眾所周知，城市建設(shè)離不開水泥等關(guān)鍵建筑材料，馬斯克要實現(xiàn)10年內(nèi)建成月球城市的目標(biāo)，必須解決“水泥”的問題。

要解決月球城市建設(shè)中的建筑材料問題（尤其是水泥替代方案），核心思路是“原位資源利用（ISRU）”——即利用月球本土資源（如月壤、月巖）制造建筑材料，避免從地球運輸（成本極高，約5萬-9萬美元/公斤）。以下是具體的解決方案及技術(shù)進展，按可行性優(yōu)先級排序：

一、核心方案：月壤磚（原位燒結(jié)/3D打?。?dāng)前最成熟的技術(shù)

月壤磚是月球基地的“主力建材”，其原理是通過燒結(jié)月壤（月球表面的風(fēng)化層）或3D打印月壤制成高強度磚塊，替代傳統(tǒng)水泥磚。

1. 技術(shù)路徑?

燒結(jié)法：將月壤裝入模具，在真空環(huán)境（模擬月球真空）中加熱至1000℃以上（利用太陽能或核能），使月壤中的礦物（如玄武巖、斜長石）熔融并凝固，形成致密磚塊。

中國的“月壺尊”計劃（華中科技大學(xué)牽頭）已成功制備模擬月壤真空燒結(jié)磚，抗壓強度達30兆帕以上（遠超普通水泥磚的10-20兆帕），且通過了太空暴露實驗（2024年由天舟八號送往中國空間站，驗證其在宇宙輻射、溫差（-190℃至127℃）下的性能）。

3D打印法：用機器人將月壤與少量粘合劑（如月壤中的天然礦物）混合，通過熔融沉積（FDM）或選區(qū)激光熔融（SLM）技術(shù)，逐層打印出建筑結(jié)構(gòu)（如墻體、穹頂）。

歐洲航天局（ESA）已用模擬月壤打印出6米×6米×6米的建筑構(gòu)件，其硬度與混凝土相當(dāng)；中國計劃2028年由嫦娥八號攜帶月蜘蛛機器人登月，測試月壤3D打印的實際應(yīng)用。

2. 優(yōu)勢?

100%原位資源：無需從地球運輸任何材料（除必要的3D打印設(shè)備），成本極低；

適應(yīng)月球環(huán)境：月壤磚的密度（約2.5克/立方厘米）與普通磚相當(dāng)，但抗壓強度更高（30兆帕 vs 15-20兆帕），且能抵御微隕石撞擊（月壤中的玻璃質(zhì)經(jīng)燒結(jié)后形成堅硬外殼）；

技術(shù)成熟：中國、美國、歐洲均已實現(xiàn)地面模擬實驗，且進入了太空驗證階段（如中國空間站實驗）。

二、補充方案：地質(zhì)聚合物（Geopolymer）——無需高溫的“水泥替代物”

地質(zhì)聚合物是無機高分子材料，其原理是通過堿激發(fā)月壤中的鋁硅酸鹽礦物（如長石、粘土），使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成類似水泥的凝膠結(jié)構(gòu)，再經(jīng)干燥固化成建筑材料。

1. 技術(shù)路徑?

將月壤研磨成細粉，加入堿激發(fā)劑（如氫氧化鈉、硅酸鈉），攪拌均勻后倒入模具，室溫或低溫（＜100℃）下固化24-48小時，形成地質(zhì)聚合物磚。

美國NASA的實驗顯示，地質(zhì)聚合物的抗壓強度可達20-40兆帕（與普通水泥磚相當(dāng)），且耐溫性更好（-50℃至200℃不變形）。

2. 優(yōu)勢?

無需高溫：避免了燒結(jié)法的高能耗（太陽能或核能需求大）；

環(huán)保：生產(chǎn)過程中無二氧化碳排放（傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)占全球CO?排放的8%）；

可利用月壤中的天然礦物：無需額外添加粘合劑（堿激發(fā)劑可從月壤中的鈉、鉀礦物中提?。?。

3. 挑戰(zhàn)?

需少量水：地質(zhì)聚合物的固化需要水（約10-15%的重量），而月球上的水主要來自兩極水冰（需開采并凈化），增加了流程復(fù)雜度；

長期穩(wěn)定性：目前僅在地面模擬實驗中驗證了性能，尚未進行太空暴露實驗（如宇宙輻射對其結(jié)構(gòu)的影響）。

三、前沿方案：碳納米管增強復(fù)合材料——未來的“超級建材”

碳納米管（CNT）是強度最高的材料之一（強度是鋼的100倍，密度僅為鋼的1/6），若能將其與月壤結(jié)合，可制造超高強度、輕量化的建筑材料。

1. 技術(shù)路徑?

原位合成：利用月球上的碳源（如月壤中的石墨碳、太陽風(fēng)帶來的碳離子）和鐵催化劑（月壤中的鈦鐵礦），通過微隕石撞擊（模擬月球的“暴力環(huán)境”）或激光加熱，合成單壁碳納米管（SWCNT），再將其與月壤混合，制成復(fù)合材料。

中國吉林大學(xué)的團隊已從嫦娥六號帶回的月壤（月球背面）中發(fā)現(xiàn)天然碳納米管（由微隕石撞擊+鐵催化形成），證明了這一路徑的可行性。

2. 優(yōu)勢?

超高強度：碳納米管增強的月壤復(fù)合材料，抗壓強度可達到數(shù)百兆帕（遠超傳統(tǒng)材料），可用于月球基地的核心結(jié)構(gòu)（如穹頂、支柱）；

輕量化：密度僅為1.5-2克/立方厘米（低于月壤磚的2.5克/立方厘米），減少了運輸（若需從地球帶設(shè)備）和施工的難度；

多功能：碳納米管具有導(dǎo)電性（可監(jiān)測結(jié)構(gòu)完整性）和導(dǎo)熱性（可調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度），適合月球基地的智能建筑需求。

3. 挑戰(zhàn)?

技術(shù)早期：目前僅在實驗室中實現(xiàn)了小規(guī)模合成（如吉林大學(xué)的毫克級樣品），尚未進行規(guī)?；a(chǎn)（如噸級）；

成本高：碳納米管的實驗室合成成本約為幾百美元/克（遠高于月壤磚的幾美元/塊），需進一步優(yōu)化工藝（如利用月球的天然催化環(huán)境降低成本）。

四、輔助方案：熔巖管道/天然洞穴——減少建材需求的“捷徑”

除了主動制造建材，還可以利用月球上的天然結(jié)構(gòu)（如熔巖管道、洞穴）作為基地主體，只需對其進行加固（如用月壤磚覆蓋、用3D打印填充裂縫），即可大幅減少建材需求。

1. 技術(shù)路徑?

熔巖管道：月球上的火山活動形成了大量熔巖管道（如月球背面的馬里烏斯丘陵），其內(nèi)部空間大（直徑可達100米以上）、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定（由玄武巖構(gòu)成），可作為基地的天然庇護所（抵御宇宙輻射、溫差、微隕石）；

洞穴加固：用月壤磚或地質(zhì)聚合物填充洞穴的裂縫，用3D打印制造密封門（防止空氣泄漏），即可將其改造成適合人類居住的空間。

2. 優(yōu)勢?

節(jié)省建材：無需建造完整的墻體（只需加固天然結(jié)構(gòu)），可減少50%以上的建材需求；

天然防護：熔巖管道的玄武巖 walls（厚度可達10米以上）能有效抵御宇宙輻射（比月壤磚強3-5倍）和微隕石撞擊（比月壤磚強2-3倍）。

3. 挑戰(zhàn)?

選址限制：熔巖管道主要分布在月球背面（遠離地球的通信范圍），需建立月球軌道空間站（如NASA的Gateway）作為中繼；

施工難度：洞穴內(nèi)部的地形復(fù)雜（如高低不平、有積水），需用機器人（如中國的月蜘蛛）進行地形平整和加固。

月球城市的“建材路線圖”

關(guān)鍵結(jié)論

短期（2030年前）：月壤磚（燒結(jié)/3D打?。⒊蔀樵虑虺鞘械闹髁ú模ㄖ袊逆隙鸢颂栍媱?028年實現(xiàn)機器人自動建造）；

中期（2030-2040年）：地質(zhì)聚合物將作為補充建材（用于內(nèi)部裝修），解決水冰開采問題后可規(guī)模化應(yīng)用；

長期（2040年后）：碳納米管增強復(fù)合材料將成為高端建材（用于核心結(jié)構(gòu)），隨著原位合成技術(shù)的成熟，成本將逐步降低。

（以上內(nèi)容由AI協(xié)助生成，僅供參考）