1434 工程科学学报，第43卷，第11期 suboxides and oxygen.At present,the main raw materials used in related engineering applications and ISRU research are lunar soil simulants.This paper briefly summarized the special space environment of the moon and its influence.Moreover,the characteristics and applications of lunar soil simulants synthesized in different countries were compared.The main steps,technological characteristics, research status,and application prospects of lunar soil and lunar soil simulant's materialized molding process were then introduced.This work also summarized the general principles,basic processes,thermodynamics,and kinetics of the lunar soil's in-situ extraction metallurgical technology,as well as the latest research progress.Finally,the advantages and disadvantages of these methods were discussed,and their applications in thensit utilization of lunar minerals were proposed.In addition,the possible impact of the special lunar environment on the implementation of related technologies and products in the future was discussed and prospected. KEY WORDS lunar soil;utilization of lunar resources;materialized molding;extraction metallurgy;laser 月球探索及其资源利用受到世界主要航天科 段性的成就刀经过近年来的发展，月壤资源原位 研机构的关注.21世纪以来，各国陆续开展了多次 利用领域取得了一系列进展.然而，由于月球空间 探月登月活动，并对未来月球基地的开发进行了规 环境的独特性，一些已有的技术成熟度不高，尚缺 划，其中建设月球基地是重要组成部分.美国国家 乏对月球环境适应性的验证，部分工艺仍无法摆脱 宇航局(NASA)于2005年提出了“Centennial 需从地球运输相关反应介质的限制.针对以上问题， Challenges”项目，确立了包括建立3D打印空间站、 开发高度适应月球环境、设备简单、高效低成本的 研究太空机器人等研究方向的探月计划四.其后， 月壤原位利用技术具有非常重要的意义.本文综述 在2019年提出了“Artemis'”项目，计划在2028年建 了目前已有的材料化成型工艺和提取冶金工艺的 成月球基地俄罗斯航天局于2013年提出了其包 一般原理、基本过程、技术特点以及优缺点，并对 括月球基地建设的探月计划并开展了相关研究) 其未来的发展方向进行了探讨，最后对这些方法在 我国的月球探测工程于2004年立项，项目包括 月球矿物原位利用方面的应用前景进行了展望 “绕，落，回”三个阶段2007年嫦娥一号实现了绕 1月球空间环境 月飞行，2013年嫦娥四号实现月面软着陆，2020年 嫦娥五号实现从月面无人钻孔采样并返回，标志着 月球拥有独特的空间环境，包括高真空度、微 我国探月工程三个阶段的目标基本完成.月球基地 重力、强太阳辐射、大温差等.充分利用月球空间 建设离不开原材料，然而，由于从地球向月球运送 环境特点，是实现高效月球资源原位利用的重要 资源材料的成本极高，月壤资源原位利用技术受到 环节.月球的空间环境因素如表1所示，其中，真 国内外机构关注.20世纪80年代NASA首先提出 空环境和太阳辐射条件对于月球矿物的原位利用 并开始实施“原位资源利用(ISRU)”计划啊，欧洲航 有重要意义.高真空环境能提供理想的真空冶金 天局(ESA)及我国的中国科学院地球化学研究所 条件，而强太阳光照可作为能源资源加以利用，为 后续也在月面设施原位制造技术领域也取得了阶 资源利用提供源源不断的能量 表1月球空间环境及其有利应用 Table 1 Lunar space environment and its beneficial applications Environment Description Beneficial applications Vacuum Without an atmosphere,the vacuum is about 1.3x10 Pa. A vacuum and oxygen-free environment is beneficial to vacuum metallurgy and promote reduction reaction The use of solar energy as an energy source,including solar power Solar radiation One moon day is equal to 28 earth days, and the days and nights are long. generation,focused solar heating,solar pump generation of laser, and other ways. Reduce the cost of lunar surface transportation and reduce the Microgravity The moon's gravity:one-sixth of the earth's gravity. difficulty of construction.Some processes allow containerless operations. Temperature The moon's equatorial temperature ranges from-l78℃to113℃， difference and its polar temperature ranges from-223 C to 73 C. Electric generation by temperature difference. The composition of lunar soil was affected by the solar wind diffusion path for most of the time.It is possible to form OH or It can be used as an important source of reducing element H,and Solar wind He-3 controllable thermonuclear power generation even H2O in some oxygen-containing minerals of lunar soil. Some lunar soil is rich in He-3. can provide energy.suboxides  and  oxygen.  At  present,  the  main  raw  materials  used  in  related  engineering  applications  and  ISRU  research  are  lunar  soil simulants. This paper briefly summarized the special space environment of the moon and its influence. Moreover, the characteristics and applications  of  lunar  soil  simulants  synthesized  in  different  countries  were  compared.  The  main  steps,  technological  characteristics, research status, and application prospects of lunar soil and lunar soil simulant’s materialized molding process were then introduced. This work  also  summarized  the  general  principles,  basic  processes,  thermodynamics,  and  kinetics  of  the  lunar  soil ’s in-situ extraction metallurgical  technology,  as  well  as  the  latest  research  progress.  Finally,  the  advantages  and  disadvantages  of  these  methods  were discussed, and their applications in the in-situ utilization of lunar minerals were proposed. In addition, the possible impact of the special lunar environment on the implementation of related technologies and products in the future was discussed and prospected. KEY WORDS    lunar soil；utilization of lunar resources；materialized molding；extraction metallurgy；laser 月球探索及其资源利用受到世界主要航天科 研机构的关注. 21 世纪以来，各国陆续开展了多次 探月登月活动，并对未来月球基地的开发进行了规 划，其中建设月球基地是重要组成部分. 美国国家 宇 航 局 （ NASA） 于 2005 年 提 出 了 “ Centennial Challenges”项目，确立了包括建立 3D 打印空间站、 研究太空机器人等研究方向的探月计划[1] . 其后， 在 2019 年提出了“Artemis”项目，计划在 2028 年建 成月球基地[2] . 俄罗斯航天局于 2013 年提出了其包 括月球基地建设的探月计划并开展了相关研究[3] . 我国的月球探测工程于 2004 年立项 ，项目包括 “绕，落，回”三个阶段[4] . 2007 年嫦娥一号实现了绕 月飞行，2013 年嫦娥四号实现月面软着陆，2020 年 嫦娥五号实现从月面无人钻孔采样并返回, 标志着 我国探月工程三个阶段的目标基本完成. 月球基地 建设离不开原材料. 然而，由于从地球向月球运送 资源材料的成本极高，月壤资源原位利用技术受到 国内外机构关注. 20 世纪 80 年代 NASA 首先提出 并开始实施“原位资源利用 (ISRU)”计划[5] ，欧洲航 天局（ESA）及我国的中国科学院地球化学研究所 后续也在月面设施原位制造技术领域也取得了阶 段性的成就[6−7] . 经过近年来的发展，月壤资源原位 利用领域取得了一系列进展. 然而，由于月球空间 环境的独特性，一些已有的技术成熟度不高，尚缺 乏对月球环境适应性的验证，部分工艺仍无法摆脱 需从地球运输相关反应介质的限制. 针对以上问题， 开发高度适应月球环境、设备简单、高效低成本的 月壤原位利用技术具有非常重要的意义. 本文综述 了目前已有的材料化成型工艺和提取冶金工艺的 一般原理、基本过程、技术特点以及优缺点，并对 其未来的发展方向进行了探讨，最后对这些方法在 月球矿物原位利用方面的应用前景进行了展望. 1    月球空间环境 月球拥有独特的空间环境，包括高真空度、微 重力、强太阳辐射、大温差等. 充分利用月球空间 环境特点，是实现高效月球资源原位利用的重要 环节. 月球的空间环境因素如表 1 所示. 其中，真 空环境和太阳辐射条件对于月球矿物的原位利用 有重要意义. 高真空环境能提供理想的真空冶金 条件，而强太阳光照可作为能源资源加以利用，为 资源利用提供源源不断的能量. 表 1 月球空间环境及其有利应用[8−9] Table 1   Lunar space environment and its beneficial applications[8−9] Environment Description Beneficial applications Vacuum Without an atmosphere, the vacuum is about 1.3×10−7 Pa. A vacuum and oxygen-free environment is beneficial to vacuum metallurgy and promote reduction reaction. Solar radiation One moon day is equal to 28 earth days, and the days and nights are long. The use of solar energy as an energy source, including solar power generation, focused solar heating, solar pump generation of laser, and other ways. Microgravity The moon’s gravity: one-sixth of the earth’s gravity. Reduce the cost of lunar surface transportation and reduce the difficulty of construction. Some processes allow containerless operations. Temperature difference The moon’s equatorial temperature ranges from −178 ℃ to 113 ℃, and its polar temperature ranges from −223 ℃ to 73 ℃. Electric generation by temperature difference. Solar wind The composition of lunar soil was affected by the solar wind diffusion path for most of the time. It is possible to form OH− or even H2O in some oxygen-containing minerals of lunar soil. Some lunar soil is rich in He-3. It can be used as an important source of reducing element H, and He-3 controllable thermonuclear power generation can provide energy. · 1434 · 工程科学学报，第 43 卷，第 11 期