工程科学学报.第43卷，第11期：1433-1446.2021年11月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.11:1433-1446,November 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.26.003;http://cje.ustb.edu.cn 月壤原位利用技术研究进展 车浪，王彬2,3)区，赵鹏飞，朱洪斌2，)，程鹏，李光石4区，张永合23)， 鲁雄刚14) 1)上海大学材料科学与工程学院，上海2004442)中国科学院微小卫星创新研究院，上海2012033)上海微小卫星工程中心，上海 2012034)上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室，上海200444 ☒通信作者，E-mail:binwangustc@outlook.com,lgs@shu.edu.cn 摘要月球矿物资源的原位利用技术是月球基地建立和后续深空探索的基础.由于月球特殊环境及地月运输成本的限制， 现有矿治技术难以直接应用于月球矿物的原位开发，各国的科研人员围绕月球矿物资源原位利用方向开展了卓有成效的研 究工作，发展了几种极具应用潜力的技术.这些方法可分为材料化成型和提取治金两类，其中材料化成型工艺如烧结法、 3D增材制造法等，主要用于将月壤直接材料化成型以制备月球基地建材.提取冶金工艺包括碳/氢化学介质还原法、电解还 原法以及真空热解法等，可生产月壤矿物对应的金属单质或其低价氧化物，并获得氧气.本文概述了已有月壤原位利用技术 的一般原理、基本过程、热力学动力学基础及近期研究进展.探讨了这些方法的一些优缺点，并展望了其在月球矿物原位利 用上的应用前景 关键词月壤；月球资源利用：材料化成型；提取治金：激光 分类号TF111:P579:TB332 Research progress in the in-situ utilization of lunar soil CHE Lang,WANG Bin,ZHAO Peng-fei,ZHU Hong-bin,CHENG Peng,LI Guang-shi,ZHANG Yong-he LU Xiong-gang 1)School of Materials Science and Engineering,Shanghai University,Shanghai 200444,China 2)Innovation Academy for Microsatellites of CAS,Shanghai 201203,China 3)Shanghai Engineering Center for Microsatellites,Shanghai 201203,China 4)State Key Laboratory of Advanced Special Steels,Shanghai University,Shanghai 200444,China Corresponding author,E-mail:binwangustc@outlook.com,Igs@shu.edu.cn ABSTRACT The in-situ utilization of lunar mineral resources is fundamental process for the establishment of a lunar base and subsequent exploration of deep space.However,the special environment of the moon and the cost of earth-moon transportation limit the direct application of existing mining and metallurgy technologies to achieve the in-situ utilization of lunar regolith.Since the 1980s, when NASA first proposed the "In-situ Resource Utilization"program (ISRU)and began to put it into practice,scientific researchers from all over the world have carried out fruitful research on the orientation of the in-situ utilization of lunar mineral resources and developed several technologies with great application potential.These methods can be divided into materialized molding and extractive metallurgy.Materialized molding processes,such as the sintering method and 3D additive manufacturing method,are mainly used to directly materialize the lunar soil to prepare building materials for the lunar base.Meanwhile,metallurgical extraction processes include carbon/hydrogenation medium reduction,electrolytic reduction,and vacuum pyrolysis,which can produce the corresponding metal or its 收稿日期：2021-01-26 基金项目：国家自然科学基金资助项目(52004157，U1860203,11772202)月壤原位利用技术研究进展 车    浪1)，王    彬2,3) 苣，赵鹏飞1)，朱洪斌2,3)，程    鹏1)，李光石1,4) 苣，张永合2,3)， 鲁雄刚1,4) 1) 上海大学材料科学与工程学院，上海 200444    2) 中国科学院微小卫星创新研究院，上海 201203    3) 上海微小卫星工程中心，上海 201203    4) 上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室，上海 200444 苣通信作者， E-mail: binwangustc@outlook.com; lgs@shu.edu.cn 摘    要    月球矿物资源的原位利用技术是月球基地建立和后续深空探索的基础. 由于月球特殊环境及地月运输成本的限制， 现有矿冶技术难以直接应用于月球矿物的原位开发. 各国的科研人员围绕月球矿物资源原位利用方向开展了卓有成效的研 究工作，发展了几种极具应用潜力的技术. 这些方法可分为材料化成型和提取冶金两类，其中材料化成型工艺如烧结法、 3D 增材制造法等，主要用于将月壤直接材料化成型以制备月球基地建材. 提取冶金工艺包括碳/氢化学介质还原法、电解还 原法以及真空热解法等，可生产月壤矿物对应的金属单质或其低价氧化物，并获得氧气. 本文概述了已有月壤原位利用技术 的一般原理、基本过程、热力学动力学基础及近期研究进展. 探讨了这些方法的一些优缺点，并展望了其在月球矿物原位利 用上的应用前景. 关键词    月壤；月球资源利用；材料化成型；提取冶金；激光 分类号    TF111;P579;TB332 Research progress in the in-situ utilization of lunar soil CHE Lang1) ，WANG Bin2,3) 苣 ，ZHAO Peng-fei1) ，ZHU Hong-bin2,3) ，CHENG Peng1) ，LI Guang-shi1,4) 苣 ，ZHANG Yong-he2,3) ， LU Xiong-gang1,4) 1) School of Materials Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China 2) Innovation Academy for Microsatellites of CAS, Shanghai 201203, China 3) Shanghai Engineering Center for Microsatellites, Shanghai 201203, China 4) State Key Laboratory of Advanced Special Steels, Shanghai University, Shanghai 200444, China 苣 Corresponding author, E-mail: binwangustc@outlook.com; lgs@shu.edu.cn ABSTRACT    The in-situ utilization  of  lunar  mineral  resources  is  fundamental  process  for  the  establishment  of  a  lunar  base  and subsequent exploration of deep space. However, the special environment of the moon and the cost of earth–moon transportation limit the direct application of existing mining and metallurgy technologies to achieve the in-situ utilization of lunar regolith. Since the 1980s, when NASA first proposed the “In-situ Resource Utilization” program (ISRU) and began to put it into practice, scientific researchers from  all  over  the  world  have  carried  out  fruitful  research  on  the  orientation  of  the in-situ utilization  of  lunar  mineral  resources  and developed several technologies with great application potential. These methods can be divided into materialized molding and extractive metallurgy. Materialized molding processes, such as the sintering method and 3D additive manufacturing method, are mainly used to directly materialize the lunar soil to prepare building materials for the lunar base. Meanwhile, metallurgical extraction processes include carbon/hydrogenation medium reduction, electrolytic reduction, and vacuum pyrolysis, which can produce the corresponding metal or its 收稿日期: 2021−01−26 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（52004157，U1860203，11772202） 工程科学学报，第 43 卷，第 11 期：1433−1446，2021 年 11 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 11: 1433−1446, November 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.26.003; http://cje.ustb.edu.cn