.1436 工程科学学报.第43卷，第11期 表3各国模拟月壤的原料及主要用途对比山 Table3 Comparison of raw materials and main applications of the lunar soil simulan Country Lunar soil simulant Research institutions Raw material Applications JSC-1 NASA Johnson Space Center Basalt volcanic ash Scientific and engineering research MLS-1 University of Minnesota Titanium-rich crystalline basalt Scientific and engineering research America LSS U.S.Army Engineering Waterway Basalt Experimental Station Engineering research GRC NASA Green Research Center Quartz sand Engineering research MKS-1 Basalt lava Engineering research Japan Shimizu Co Space and Robotic FJS-1 Systems Department Basalt lava Engineering research SSC-1 Quartz sand Britain SSC-2 Surrey Space Centre Engineering research Garet Canada OB-1 University of New Brunswick Anorthosite and Glass Engineering research CAS-1 Institute of Geochemistry,Chinese Academy of Sciences Basalt volcanic ash Scientific and engineering research CLRS-1 Institute of Geochemistry,Chinese Volcanic ash Scientific and engineering research Academy of Sciences and National CLRS-2 Astronomical Observatories of China (NAOC) Volcanic ash and gabbro Scientific and engineering research T-1 Tongji University Volcanic ash Engineering research China CUG-1A China University of Geosciences Volcanic ash Engineering research LBD North China Vehicle Research Institute Volcanic ash and Hematite sand Engineering research TYII-O Volcanic ash TYII-I Jilin University and China Academy Volcanic ash Engineering research TYII-2 of Space Technology (CAST) Volcanic ash TYII-3 Volcanic ash 目前围绕着月球资源原位利用这一课题已开 似于火山灰，在一定碱激发条件下能够凝结固化 发了一系列方法.然而，月球特殊环境及地月物资 形成聚合物.ESA利用火山灰材料制备了模拟月 运输成本等问题限制了部分技术的有效应用，本 壤DNA-l,并利用碱激发成功固结了模拟月壤-1 文根据国内外月壤原位利用技术的发展情况，对 国内也报道了利用NaOH、水玻璃等激发并固结 这些技术的机理、实现方式、发展现状进行了综 模拟月壤的研究.Cai等7研究了Ca(OH)2和PI 述，对其面对的问题和未来发展进行了探讨和展望 52.5水泥作为月壤混凝土钙质原料的效果，发现 Ca(OH)2是更好的钙质原料来源.针对模拟月壤在 3月球原位冶金技术研究进展 空气和真空中的烧结成型情况，也有学者开展了 国内外开展的针对月壤风化层的资源原位利 相关研究.Meurisse等I研究了JSC-lA与DNA 用技术可分为材料化成型和提取冶金两类.材料 两种模拟月壤在真空和空气下的烧结物性能，真空 化成型是以熔融再硬化或压制等各种成型技术实 下烧结的圆柱形样品抗压强度最高可达l52MPa, 现对月壤的成型并制备材料.提取冶金聚焦于利 优于空气中烧结物的98MPa.Song等9在真空条 用化学机理提取月壤中的氧气、金属、低价金属 件下烧结CLRS-1模拟月壤制备了抗压强度428.1MPa、 氧化物，通过使用各类化学介质、特殊还原物质或 抗弯折强度为129.5MPa的样品. 高温手段实现对月壤中物质的提取和分离 由于太阳能或核聚变能都能较为方便的转化 3.1材料化成型 为微波能，微波加热手段也被用于月壤的烧结研 3.1.1直接硬化成型 究.Taylor和MeekP2o1利用Apollol7所采集的真实 月壤直接硬化成型主要包括常温路线的月壤 月壤进行了微波烧结实验，发现烧结产生的金属 直接混凝土成型、碱激发、冷压成型法等.高温路 铁和烧结物之间存在耦合关系，产生的金属铁颗 线包括燃烧合成、烧结等方法，其中以月壤碱激 粒能够有效的吸收微波热量并形成部分液相，可 发和烧结法的研究为主导.月壤在一些性质上类 显著增加烧结产物的成型度和强度.Fateri等研表 3 各国模拟月壤的原料及主要用途对比[11,14] Table 3   Comparison of raw materials and main applications of the lunar soil simulant[11,14] Country Lunar soil simulant Research institutions Raw material Applications America JSC-1 NASA Johnson Space Center Basalt volcanic ash Scientific and engineering research MLS-1 University of Minnesota Titanium-rich crystalline basalt Scientific and engineering research LSS U.S. Army Engineering Waterway Experimental Station Basalt Engineering research GRC NASA Green Research Center Quartz sand Engineering research Japan MKS-1 Shimizu Co Space and Robotic Systems Department Basalt lava Engineering research FJS-1 Basalt lava Engineering research Britain SSC-1 Surrey Space Centre Quartz sand Engineering research SSC-2 Garnet Canada OB-1 University of New Brunswick Anorthosite and Glass Engineering research China CAS-1 Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences Basalt volcanic ash Scientific and engineering research CLRS-1 Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences and National Astronomical Observatories of China (NAOC) Volcanic ash Scientific and engineering research CLRS-2 Volcanic ash and gabbro Scientific and engineering research TJ-1 Tongji University Volcanic ash Engineering research CUG-1A China University of Geosciences Volcanic ash Engineering research LBD North China Vehicle Research Institute Volcanic ash and Hematite sand Engineering research TYII-0 Jilin University and China Academy of Space Technology (CAST) Volcanic ash Engineering research TYII-1 Volcanic ash TYII-2 Volcanic ash TYII-3 Volcanic ash 目前围绕着月球资源原位利用这一课题已开 发了一系列方法. 然而，月球特殊环境及地月物资 运输成本等问题限制了部分技术的有效应用，本 文根据国内外月壤原位利用技术的发展情况，对 这些技术的机理、实现方式、发展现状进行了综 述，对其面对的问题和未来发展进行了探讨和展望. 3    月球原位冶金技术研究进展 国内外开展的针对月壤风化层的资源原位利 用技术可分为材料化成型和提取冶金两类. 材料 化成型是以熔融再硬化或压制等各种成型技术实 现对月壤的成型并制备材料. 提取冶金聚焦于利 用化学机理提取月壤中的氧气、金属、低价金属 氧化物，通过使用各类化学介质、特殊还原物质或 高温手段实现对月壤中物质的提取和分离. 3.1    材料化成型 3.1.1    直接硬化成型 月壤直接硬化成型主要包括常温路线的月壤 直接混凝土成型、碱激发、冷压成型法等. 高温路 线包括燃烧合成、烧结等方法. 其中以月壤碱激 发和烧结法的研究为主导. 月壤在一些性质上类 似于火山灰，在一定碱激发条件下能够凝结固化 形成聚合物. ESA 利用火山灰材料制备了模拟月 壤 DNA-1，并利用碱激发成功固结了模拟月壤[15−16] . 国内也报道了利用 NaOH、水玻璃等激发并固结 模拟月壤的研究. Cai 等[17] 研究了 Ca(OH)2 和 PI 52.5 水泥作为月壤混凝土钙质原料的效果，发现 Ca(OH)2 是更好的钙质原料来源. 针对模拟月壤在 空气和真空中的烧结成型情况，也有学者开展了 相关研究. Meurisse 等[18] 研究了 JSC-1A 与 DNA 两种模拟月壤在真空和空气下的烧结物性能，真空 下烧结的圆柱形样品抗压强度最高可达 152 MPa， 优于空气中烧结物的 98 MPa. Song 等[19] 在真空条 件下烧结CLRS-1 模拟月壤制备了抗压强度428.1 MPa、 抗弯折强度为 129.5 MPa 的样品. 由于太阳能或核聚变能都能较为方便的转化 为微波能，微波加热手段也被用于月壤的烧结研 究. Taylor 和 Meek[20] 利用 Apollo17 所采集的真实 月壤进行了微波烧结实验，发现烧结产生的金属 铁和烧结物之间存在耦合关系，产生的金属铁颗 粒能够有效的吸收微波热量并形成部分液相，可 显著增加烧结产物的成型度和强度. Fateri 等[21] 研 · 1436 · 工程科学学报，第 43 卷，第 11 期