车浪等：月壤原位利用技术研究进展 1435 2月球的矿物资源及模拟月壤 14和16号航天飞船在月球表面采集到的真实月 壤样品，其样品编号分别为14163、64501和 月球蕴含丰富的矿物资源.根据阿波罗和嫦 10084;JSC-1(A)是NASA下属的约翰逊空间中心 娥探月系列的探月结果来看，月球表面可供大量 (JSC)主持研制的一种富含玻璃相的模拟月壤样 利用的矿物资源主要有月壤及月岩，月壤的成分 品：MLS-1是美国明尼苏达大学研制的一种高钛 与所在区域的月岩成分密切相关.月岩主要矿物 模拟月壤；NU-LHT-2M是NASA研制的一种月球 成分是辉石、长石、橄榄石、钛铁矿等.表2为月 高原风化层模拟样品；CAS-1是中国科学院地球 壤风化层矿物的部分理化分析数据.表中Apollo 化学研究所研制一种低钛模拟月壤样品；Chang'e 11、Apollo14和Apollo16分别是美国阿波罗11、 3是我国嫦娥3号着陆区域的表面风化层 表2月壤风化层的矿相组成、化学组成、粒径和体积质量心四 Table2 The minerals composition,chemistry composition,particle size and specific gravity of the lunar regolith Chemical component(mass Sample of lunar Mineralogical composition(mass fraction)/% Partical Specific fraction regolith size/μm Glass Feldspar Pyroxene Olivine Ilmenite Other gravity/(g.cm) SiO2 TiO, Apollo 11" 43 15.8 32.6 6.5 6 0.6 51 3.1 42.5 7.7 Apollo 145 59.1 17.2 10.2 3.5 0.5 9.1 65 2.9 48.1 1.7 Apollo 16 49.7 38.7 1 10.7 105 2.5 45.1 0.6 JSC-1(A) 49.3 38.8 2.8 100 2.9 45.7 1.9 MLS-1 47.5 29.6 3 8 12 95 3.2 42.8 6.8 NU-LHT-2M 30.7 54.9 6.4 95 0.2 0.6 90 3 46.7 0.4 CAS-1 14.6 63.52 7.74 8.13 2.33 3.18 85.94 2.74 49.24 1.87 Chang'e3 36.2 27.8 17.9 10.5 8.5 0 41.8 5 Sample of lunar Chemical component(mass fraction)/% regolith Feo Fe2O3 Al2O3 Mgo MnO Cao NazO K20 P2O5 Cr2O3 Apollo 11 15.8 13.8 8.2 0.2 12.1 0.4 02 0.1 0.3 Apollo 14% 10.4 17.4 9.5 0.1 10.8 0.7 0.6 0.5 0.2 Apollo 16 5.2 27.2 5.8 0.1 15.8 0.5 0.1 0.1 0.1 JSC-1(A) 12.4 16.2 9.7 0.2 10 3.2 0.8 0.7 MLS-1 16.3 12.1 6.2 0.2 11.1 22 0.2 NU-LHT-2M 4.2 24.4 7.9 0.1 13.6 1.3 0.1 0.2 CAS-1 11.35 18.52 7.32 0.19 7.25 3.69 1.38 1.28 0.11 Chang'e 3 21.7 9.8 8.1 0.3 12.3 0.3 0.11 0.1 0.3 Notes:*Sample ID 10084,particle size <1000 um;"Sample ID 14163.particle size 90-20 um;Sample ID 64501.particle size 90-1000 um. 由上表可知，月壤风化层所含的主要矿物有辉 度、形貌等特性，利用地球材料配制得到.受限于航 石、橄横榄石、斜长石、钛铁矿和尖晶石等.月壤中主 天任务中月壤采集位置、采集技术、采集量等多方面 要含有氧、硅、铁、钛和铝等重要元素.其中，氧元素 因素影响，不同航天任务中采集的月壤样品在组分等 可为月球活动提供氧气，而铁、钛、铝等金属元素可 方面可能存在较大差异.因而，对应不同任务中采集 作为月球基地的建设材料来源.月壤本身也可通过 的月壤制备的模拟矿物在组分上也可能有较大的差 相关材料化成型技术直接制备建设材料.实现月球 异)]目前模拟月壤大致可分为科学模拟月壤和工 矿物资源的原位利用是月球基地建立的基础.由于 程模拟月壤.其中，科学模拟月壤主要关注矿物成 月壤珍贵且稀有，目前相关工程应用和ISRU研究所 分、化学组成等，工程模拟月壤主要关心的是其物理 用原料以模拟月壤为主.模拟月壤通常根据航天任 力学特性.表3列出了世界主要航天国家研制的模 务中采集到的真实月壤的矿物成分、化学组成、粒 拟月壤的初始物质及其主要应用领域2    月球的矿物资源及模拟月壤 月球蕴含丰富的矿物资源. 根据阿波罗和嫦 娥探月系列的探月结果来看，月球表面可供大量 利用的矿物资源主要有月壤及月岩. 月壤的成分 与所在区域的月岩成分密切相关. 月岩主要矿物 成分是辉石、长石、橄榄石、钛铁矿等. 表 2 为月 壤风化层矿物的部分理化分析数据. 表中 Apollo 11、Apollo 14 和 Apollo 16 分别是美国阿波罗 11、 14 和 16 号航天飞船在月球表面采集到的真实月 壤 样 品 ， 其 样 品 编 号 分 别 为 14163、 64501 和 10084；JSC-1(A) 是 NASA 下属的约翰逊空间中心 （JSC）主持研制的一种富含玻璃相的模拟月壤样 品；MLS-1 是美国明尼苏达大学研制的一种高钛 模拟月壤；NU-LHT-2M 是 NASA 研制的一种月球 高原风化层模拟样品；CAS-1 是中国科学院地球 化学研究所研制一种低钛模拟月壤样品；Chang’e 3 是我国嫦娥 3 号着陆区域的表面风化层. 表 2 月壤风化层的矿相组成、化学组成、粒径和体积质量[10−12] Table 2   The minerals composition, chemistry composition, particle size and specific gravity of the lunar regolith[10−12] Sample of lunar regolith Mineralogical composition (mass fraction)/% Partical size/μm Specific gravity/(g·cm−3) Chemical component (mass fraction)/% Glass Feldspar Pyroxene Olivine Ilmenite Other SiO2 TiO2 Apollo 11a 43 15.8 32.6 6.5 6 0.6 51 3.1 42.5 7.7 Apollo 14b 59.1 17.2 10.2 3.5 0.5 9.1 65 2.9 48.1 1.7 Apollo 16c 49.7 38.7 1 10.7 105 2.5 45.1 0.6 JSC-1(A) 49.3 38.8 9 2.8 100 2.9 45.7 1.9 MLS-1 47.5 29.6 3 8 12 95 3.2 42.8 6.8 NU-LHT-2M 30.7 54.9 6.4 9.5 0.2 0.6 90 3 46.7 0.4 CAS-1 14.6 63.52 7.74 8.13 2.33 3.18 85.94 2.74 49.24 1.87 Chang’e 3 36.2 27.8 17.9 10.5 8.5 0 41.8 5 Sample of lunar regolith Chemical component (mass fraction)/% FeO Fe2O3 Al2O3 MgO MnO CaO Na2O K2O P2O5 Cr2O3 Apollo 11a 15.8 13.8 8.2 0.2 12.1 0.4 0.2 0.1 0.3 Apollo 14b 10.4 17.4 9.5 0.1 10.8 0.7 0.6 0.5 0.2 Apollo 16c 5.2 27.2 5.8 0.1 15.8 0.5 0.1 0.1 0.1 JSC-1(A) 12.4 16.2 9.7 0.2 10 3.2 0.8 0.7 MLS-1 16.3 12.1 6.2 0.2 11.1 2.2 0.2 NU-LHT-2M 4.2 24.4 7.9 0.1 13.6 1.3 0.1 0.2 CAS-1 11.35 18.52 7.32 0.19 7.25 3.69 1.38 1.28 0.11 Chang’e 3 21.7 9.8 8.1 0.3 12.3 0.3 0.11 0.1 0.3 Notes: a Sample ID 10084, particle size <1000 μm; b Sample ID 14163，particle size 90–20 μm; c Sample ID 64501，particle size 90–1000 μm. 由上表可知，月壤风化层所含的主要矿物有辉 石、橄榄石、斜长石、钛铁矿和尖晶石等. 月壤中主 要含有氧、硅、铁、钛和铝等重要元素. 其中，氧元素 可为月球活动提供氧气，而铁、钛、铝等金属元素可 作为月球基地的建设材料来源. 月壤本身也可通过 相关材料化成型技术直接制备建设材料. 实现月球 矿物资源的原位利用是月球基地建立的基础. 由于 月壤珍贵且稀有，目前相关工程应用和 ISRU 研究所 用原料以模拟月壤为主. 模拟月壤通常根据航天任 务中采集到的真实月壤的矿物成分、化学组成、粒 度、形貌等特性，利用地球材料配制得到. 受限于航 天任务中月壤采集位置、采集技术、采集量等多方面 因素影响，不同航天任务中采集的月壤样品在组分等 方面可能存在较大差异. 因而，对应不同任务中采集 的月壤制备的模拟矿物在组分上也可能有较大的差 异[13] . 目前模拟月壤大致可分为科学模拟月壤和工 程模拟月壤[14] . 其中，科学模拟月壤主要关注矿物成 分、化学组成等，工程模拟月壤主要关心的是其物理 力学特性. 表 3 列出了世界主要航天国家研制的模 拟月壤的初始物质及其主要应用领域. 车    浪等： 月壤原位利用技术研究进展 · 1435 ·