随着探月任务从探索向建设利用发展，月球原位建设成为必然要求。其核心在于风化层的固化和形成，旨在最大限度地提高当地资源利用率，同时最大限度地降低运输和维护成本。近 20 种技术已用于制备基于风化层的建筑材料，每种技术都有不同的要求和功能。清华大学冯教授对风化层固化与形成技术进行了全面梳理、精准分类和定量评价，揭示了关键挑战和未来发展方向。
根据颗粒间粘结和内聚的技术机制，风化层凝固和形成技术可分为四类：反应凝固(RS)法、烧结/熔化(SM)法、粘结凝固(BS)法和约束形成(CF)法。 。根据实施需求对具体技术进行进一步分类，建立健全的技术构成体系。这项研究定量描述了每种技术，总结了流程和性能参数。
在反应固化中，风化层颗粒通过反应的化合物结合在一起。该方法依赖于火箭运输的反应材料，局部风化层通常占总混合物的 60-95%。烧结/熔化涉及对风化层进行高温处理，原位率通常达到100%。然而，超过1000℃的加热温度会给能源供应和设备运行带来挑战。或者，粘合固化利用粘合剂粘合颗粒，原位比例为65-95%。该方法需要较低的温度和较短的凝固时间。限制形成采用织物来约束风化层，通过整体限制形成风化层袋组件，而不在颗粒之间建立连接。该方法的原位率高达99%，对温度和时间的要求相对较低，成型的部件虽然具有拉伸优势，但可能缺乏足够的压缩强度。
在寻找用于月球建设的具有成本效益和高性能的材料时，研究人员面临着最大限度地减少资源消耗、能源需求和操作复杂性，同时确保月球环境可靠性的挑战。针对这一问题，研究团队引入了8IMEM量化方法，包含八个评价指标和针对施工需求定制的评分阈值。根据评估结果，风化层装袋成为评价最高的技术，对材料、设备和能源的要求较低，并且能够快速形成大型部件。它为大规模原位月球建设提供了广阔的前景。烧结/熔化技术始终排名靠前，而铸造技术则表现出卓越的固化强度，使其适合制造关键部件。太阳能熔化技术直接利用太阳能，使其成为低能耗建筑的理想选择。
结合月球建设条件和国际月球研究站远期目标，全面制定了实验室、研究站、住宅、栖息地四阶段规划。每个阶段都有特定的功能和鲜明的建设目标，确保月球基础设施逐步可持续发展。实验室阶段主要支持无人研究项目，而研究站阶段则容纳宇航员执行临时科学研究任务。居住阶段旨在满足宇航员在月球上的所有工作和生活需求，功能类似于空间站。最后，栖息地阶段被设想为人类生命的自我维持栖息地和深空探索的中继站。为实现各阶段建设目标，课题组进一步分析了结构建设目标。基于定量评估，他们提出了风化袋技术作为月球基地建设的解决方案。
通过利用这种综合评估得出的见解，研究人员可以就材料制备技术做出明智的决策，为优化月球建设工作铺平道路。此外，拟议的基于风化层袋的月球栖息地设计为未来的研究提供了实际参考。
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！
