月球基地3D打印建筑材料原位制造技术方案.pdfVIP

月球基地3D打印建筑材料原位制造技术方案1

月球基地3D打印建筑材料原位制造技术方案

摘要

月球基地建设是人类深空探索的重要里程碑，而3D打印建筑材料原位制造技术是

实现月球基地可持续发展的关键支撑。本报告系统阐述了月球基地3D打印建筑材料原

位制造的技术方案，包括月壤资源评估、材料配方优化、打印设备设计、工艺参数控制

等核心技术环节。通过对月球环境适应性、材料性能、设备可靠性等方面的深入分析，

提出了完整的技术路线和实施方案。研究表明，采用月壤基复合材料进行3D打印，可

制备出抗压强度达到3050MPa的建筑构件，满足月球基地初期建设需求。本方案预计

可降低地球运输量80%以上，显著提升月球基地建设的经济性和可持续性。报告还详

细分析了技术风险、经济可行性和管理保障措施，为月球基地建设提供了系统化的解决

方案。

引言与背景

1.1月球基地建设的战略意义

月球基地建设是人类探索宇宙的重要步骤，具有深远的科学价值和战略意义。根据

《国家航天发展”十四五”规划》，我国将稳步推进月球探测工程，逐步建立月球科研站的

基本型。月球基地不仅是深空探测的前哨站，更是验证长期地外生存技术的关键平台。

国际航天研究机构数据显示，截至2023年，全球已有超过20个国家提出了月球基地

建设计划，预计未来10年内将迎来建设高峰期。

月球基地的建设将推动多个技术领域的突破，包括生命保障系统、能源供应、通信

技术以及建筑材料制造等。其中，建筑材料原位制造技术是决定基地建设成本和周期的

核心因素。传统地球运输建筑材料的方式成本高昂，每公斤物资运抵月球的成本超过

100万美元，这使得大规模月球基地建设在经济上难以承受。因此，开发基于月球本地

资源的建筑材料制造技术成为必然选择。

1.23D打印技术在航天领域的应用现状

3D打印技术，又称增材制造技术，近年来在航天领域取得了显著进展。美国NASA

的”Archinaut”项目已成功验证了太空3D打印大型结构的能力，欧洲航天局也开展了”

月面3D打印”相关研究。国内方面，中国航天科技集团等单位在太空3D打印领域积

累了丰富经验，2022年完成了空间站微重力环境下的金属3D打印实验。

与传统建造方式相比，3D打印技术具有无需模具、材料利用率高、可制造复杂结

构等优势，特别适合月球基地这种特殊环境下的建设需求。根据《航天增材制造技术发

月球基地3D打印建筑材料原位制造技术方案2

展报告》，采用3D打印技术可减少建筑废弃物60%以上，缩短建设周期40%左右。这

些优势使得3D打印成为月球基地建筑材料制造的首选技术路线。

1.3原位资源利用(ISRU)的重要性

原位资源利用(InSituResourceUtilization,ISRU)是月球可持续发展的核心理念。

月球表面含有丰富的硅酸盐、氧化物等矿物资源，特别是月壤中富含二氧化硅(45%)、

氧化铁(12%)、氧化钙(11%)等成分，这些都是制备建筑材料的理想原料。国际月球勘

探工作组(ILEWG)的研究表明，充分利用月球本地资源可减少地球补给量达7090%。

ISRU技术不仅降低了对地球补给的依赖，还显著提升了月球基地的自主性和生存

能力。根据美国宇航局的评估，实现建筑材料原位制造后，月球基地的运营成本可降低

60%以上。同时，ISRU技术也为未来火星基地建设积累了宝贵经验，是人类深空探索

能力的重要体现。

研究项目概述

2.1项目目标与定位

本项目旨在开发一套完整的月球基地3D打印建筑材料原位制造技术方案，实现月

球基地建设材料的本地化生产。具体目标包括：建立月壤资源评估与处理体系，开发月

壤基复合材料配方，设计适应月球环境的3D打印设备，优化打印工艺参数，验证材料

性能与结构可靠性。项目定位为月球基地建设的关键支撑技术，是实现月球科研站可持

续发展的核心环节。

项目将分三个阶段实施：第一阶段年)完成地面模拟验证，第二阶段

年)开展月球轨道实验，第三阶段年)实现月面应用。根据《月球

基地建设技术路线图》，本项目预计将在2035年前形成完整的月面建筑材料生产能力，

为月球科研站建