火星上建基地，如何就地取材

原标题：火星上建基地，如何就地取材

近日，中国科学院新疆理化技术研究所（以下简称“新疆理化所”）发布了一项引人注目的研究成果：科研人员以地球玄武岩为原料模拟火星壤，并通过熔融拉丝技术，将其制备成连续模拟火星壤纤维。这意味着未来人类有望就地取材，建设火星基地。相关研究论文于日前发表于国际期刊《交叉科学》。

“可以畅想一下，在未来，由火星壤制成的高强度纤维，与同样取自火星的土壤基体相结合形成复合材料。利用3D打印等技术，复合材料被打造成各种建筑模块，最终用于建造一个适应人类生存的火星基地。”新疆理化所研究员马鹏程接受科技日报记者采访时展望。

理论研究先行

火星距离地球最远时有4亿公里，最近时大约5500万公里。即便遥不可及，但人类对移居火星的憧憬与探索却从未停歇。近年来，随着航天技术的突飞猛进，人类登陆火星似乎不再遥远，火星基地建设也因此成为国内外相关领域的研究热点。

新疆理化所博士研究生郭泽世介绍，鉴于高昂的太空运输成本，将建筑材料从地球运往火星几乎是一项不可能完成的任务。因此，未来建设火星基地，必须就地取材。在这方面，国际上已有一些研究。例如，有研究认为，可利用火星壤制成砖或混凝土等各种建筑材料。不过目前人类还未取得火星壤，因此大部分研究都只能停留在理论层面。

2019年起，新疆理化所研究团队将目光投向深空领域，通过与中国科学院地球化学研究所、香港中文大学（深圳）等单位合作，以火星基地建设中对高性能增强体材料的需求为出发点，探究利用火星壤制备连续纤维并将其用于建设火星基地的可行性。

“虽然目前人类尚未获得火星壤实物，但地球上广泛存在的玄武岩在化学成分、矿物相组成上，都与火星壤十分相似。”马鹏程说，如果玄武岩能通过熔融拉丝形成纤维，那么成分相近的火星壤也应具有制备成纤维的可能性。

技术提供支撑

玄武岩是火山喷发出的岩浆在地表冷却后凝固而成的一种岩石，具有致密状或泡沫状结构，在我国广泛分布。长期以来，因其坚硬、耐腐蚀，玄武岩通常被用作铺路石。

“别看这石头又黑又硬，如果把它制成纤维，就能身价倍增。”马鹏程介绍，玄武岩纤维是以天然玄武岩矿石为原料，经过矿石粉碎、熔融、拉丝和涂覆浸润剂后制成的丝状材料，是我国重点发展的四大高性能纤维之一。

数十年来，马鹏程带领科研团队在玄武岩分布数据平台搭建、玄武岩熔体成纤技术、浸润剂配方设计与优化等领域持续探索。这为研究火星壤纤维提供了理论和技术支撑。

通常情况下，大部分玄武岩在被粉碎成粉末后，经过1450摄氏度的高温加热会完全熔化成液态，再通过拉丝冷却，最终形成纤维。科研人员对以玄武岩为原料制备的模拟火星壤进行了基础热物性分析，并通过人工智能技术模拟出理论熔融温度。实验结果显示，模拟火星壤在1360摄氏度时可完全熔融，从固态变为液态，接着在重力作用下通过铂—铑合金拉丝漏板，再经机器高速拉制，形成连续纤维。

采用这种熔融—牵引法，科研人员在不同成纤速度下获得了连续模拟火星壤纤维。进一步分析后，科研人员发现，在较低成纤速度下制备的模拟火星壤纤维具有更致密的原子结构和较好力学性能，更容易抵抗外界破坏。而随着成纤速度提高，纤维的拉伸强度和拉伸模量呈下降趋势。

郭泽世介绍，团队成员还从理论上分析了火星低重力、特殊大气等环境条件对纤维成纤过程及性能的影响。

应用潜力巨大