真厲害
首臺(tái)月壤打磚機(jī)研制成功
“月球房”離我們?cè)絹?lái)越近
近日，我國(guó)首臺(tái)月壤打磚機(jī)在深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室研制成功，這種打磚機(jī)可以利用聚光太陽(yáng)能將月壤熔融成型，未來(lái)可以實(shí)現(xiàn)用月球的土建設(shè)月球的房子。
這套裝置的成功研制經(jīng)歷了哪些階段？由它制成的月壤磚有哪些特點(diǎn)？從“月壤磚”到“月球房”，還需要完成哪些步驟？圍繞這些熱點(diǎn)話題，7月26日，記者專訪了相關(guān)專家。
一問(wèn)：月壤打磚機(jī)樣機(jī)如何研制？
“從方案構(gòu)想到樣機(jī)成型，月壤打磚機(jī)的研發(fā)歷時(shí)約2年，走過(guò)了方案論證、產(chǎn)品研制和工藝迭代三個(gè)關(guān)鍵階段?！鄙羁仗綔y(cè)實(shí)驗(yàn)室未來(lái)技術(shù)院工程師楊洪倫介紹道。
在方案論證階段，科研團(tuán)隊(duì)針對(duì)太陽(yáng)能聚光技術(shù)開(kāi)展了一系列驗(yàn)證試驗(yàn)，最終選擇了菲涅爾透鏡聚光、薄膜透鏡聚光等類型的聚光方式；在月壤成型方面，通過(guò)論證采用了粉末燒結(jié)和粉末床熔覆成型技術(shù)路線，為后續(xù)研發(fā)指明方向。
在產(chǎn)品研制階段，科研人員重點(diǎn)針對(duì)能量高效匯聚—傳輸、月壤致密化輸運(yùn)等問(wèn)題，開(kāi)展了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。
“月壤打磚機(jī)需要實(shí)現(xiàn)3000倍以上聚光太陽(yáng)能傳輸，光纖束易發(fā)生燒蝕損壞。我們和合作團(tuán)隊(duì)針對(duì)光纖束，開(kāi)展了近百次工藝試驗(yàn)和性能測(cè)試，研制新型能量傳輸光纖束，打破光纖能量傳輸效率低、易燒蝕等難題；針對(duì)月壤致密化輸運(yùn)，開(kāi)展多類型月壤輸運(yùn)機(jī)構(gòu)仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終提出復(fù)合式月壤鋪展機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)月壤致密化、均勻輸運(yùn)?！睏詈閭愓f(shuō)。
在工藝迭代方面，月球上月壤礦物復(fù)雜，不同區(qū)域的月壤存在明顯差異，月壤打磚機(jī)需要適應(yīng)不同類型月壤，為此科研人員配制月海玄武質(zhì)、高地斜長(zhǎng)質(zhì)、純斜長(zhǎng)巖等多種模擬月壤，在打磚機(jī)開(kāi)展了反復(fù)試驗(yàn)，最終完成樣機(jī)迭代改進(jìn)。
二問(wèn)：月壤磚怎么制成？
月壤打磚機(jī)，又稱“月壤原位3D打印系統(tǒng)”，是由深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)。
月壤打磚機(jī)的工作原理是通過(guò)一個(gè)拋物面反射鏡實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的高倍匯聚，并通過(guò)光纖束進(jìn)行能量傳輸，在光纖束的末端產(chǎn)生3000倍以上的太陽(yáng)能聚光比。通過(guò)精確的光學(xué)系統(tǒng)，太陽(yáng)光被聚焦到一個(gè)小點(diǎn)，迅速將其溫度提高至1300℃以上，從而實(shí)現(xiàn)月壤的融化。
“由于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)位于室內(nèi)，不具備太陽(yáng)直射的條件，因此研制團(tuán)隊(duì)使用了太陽(yáng)模擬器，將3000倍太陽(yáng)光的能量傳遞到模擬月壤上，進(jìn)行月壤熔融試驗(yàn)?！睏詈閭愓f(shuō)。
值得一提的是，這臺(tái)裝置制成的月壤磚是100%原位月壤資源，無(wú)需其他任何添加劑。同時(shí)月壤具備高強(qiáng)度、致密化等特點(diǎn)，除了建房子，還可以滿足設(shè)備平臺(tái)、路面等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求。
三問(wèn)：建造“月球房”還需完成哪幾步？
記者走進(jìn)位于安徽合肥高新區(qū)的深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室工作人員正在調(diào)試這臺(tái)設(shè)備。
“盡管月壤打磚機(jī)已取得階段性突破，但要在月球上真正建成房屋，仍需跨越多重技術(shù)障礙?！睏詈閭悓?duì)記者說(shuō)。
楊洪倫說(shuō)，在月面高真空、低重力等極端環(huán)境條件下，月壤磚難以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)月面人居結(jié)構(gòu)建設(shè)，“月壤磚主要承擔(dān)艙體表面防護(hù)功能，還需要與剛性結(jié)構(gòu)艙、柔性氣囊艙等建造方式相結(jié)合，方能完成月面房屋建設(shè)。”
實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需分三步走：
一是進(jìn)一步開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，完成月壤磚制造、建筑構(gòu)件搭建、建筑物結(jié)構(gòu)評(píng)估等一系列技術(shù)突破和全流程驗(yàn)證；
二是通過(guò)航天工程任務(wù)，完成月壤打磚機(jī)和建造作業(yè)的月面真實(shí)條件下技術(shù)驗(yàn)證；
三是研制可承受人居艙室氣壓的艙段，并與月壤打磚機(jī)、月面作業(yè)機(jī)器人協(xié)同工作，形成完整的月面建筑施工體系，最終完成房屋建造。
隨著這些技術(shù)的逐步突破，人類在月球上“用本土材料建房子”的夢(mèng)想正從科幻走向現(xiàn)實(shí)。而這臺(tái)月壤打磚機(jī)，無(wú)疑是鋪就這條“登月建房”之路的第一塊“基石”。
據(jù)科技日?qǐng)?bào)微信公眾號(hào)
真漂亮
9533米深海發(fā)現(xiàn)“吃”硫化氫和甲烷的生命群落
據(jù)新華社電 在水深9533米的海底世界，存在著目前已知最深的化能合成生命群落。它們不依賴陽(yáng)光，而是利用地質(zhì)流體中的化學(xué)反應(yīng)獲取新陳代謝所需能量。由中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所主導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，在西北太平洋的千島—堪察加海溝和阿留申海溝發(fā)現(xiàn)了這些生命群落及伴生流體活動(dòng)，相關(guān)研究成果7月30日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。
科研人員利用“奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器，首次在9533米的深淵及綿延2500公里的海溝底部，發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模的化能合成生命群落和甲烷儲(chǔ)庫(kù)。這些生命群落主要由深海管狀蠕蟲和雙殼類軟體動(dòng)物組成，它們依靠富含硫化氫和甲烷的流體維持生命。
通過(guò)地球化學(xué)分析，這些環(huán)境中的甲烷，是由沉積層深處的微生物不斷將由有機(jī)質(zhì)分解的二氧化碳轉(zhuǎn)化而來(lái)的，表明深淵海底之下還存在前所未知的、龐大活躍的深部生物圈。這一發(fā)現(xiàn)也直接挑戰(zhàn)了“深淵生態(tài)系統(tǒng)主要依靠從海洋表層沉降的有機(jī)顆粒和動(dòng)物殘骸維持”的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，為理解深海碳循環(huán)的復(fù)雜機(jī)制提供了全新視角。
此外，據(jù)科研人員介紹，該研究不僅發(fā)現(xiàn)了化能合成生命新物種，也證明化能合成生命可能深刻影響著深淵生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及全球碳循環(huán)?？茖W(xué)家們推測(cè)，這一現(xiàn)象不是個(gè)例，在全球深淵海溝存在一條“化能生命長(zhǎng)廊”。
本次研究是“全球深淵探索計(jì)劃”的重要組成部分。這項(xiàng)國(guó)際科研計(jì)劃由中國(guó)科學(xué)院主導(dǎo)，旨在利用先進(jìn)的深潛技術(shù)揭開(kāi)地球深淵奧秘。
挺可愛(ài)
發(fā)現(xiàn)并命名深海章魚新種飛天煙灰蛸
近日，中國(guó)科學(xué)院海洋研究所發(fā)現(xiàn)并命名了一種深海章魚新種——飛天煙灰蛸（shāo）?？蒲腥藛T結(jié)合整合分類學(xué)方法，分析了章魚類的系統(tǒng)演化關(guān)系，并探討了章魚在深海環(huán)境中的適應(yīng)性，相關(guān)成果在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《生物多樣性與進(jìn)化》發(fā)表。
煙灰蛸屬于頭足綱八腕目有須亞目，是一類生活在深海的章魚。新種飛天煙灰蛸發(fā)現(xiàn)于西太平洋卡羅琳海山水深1240米處，體長(zhǎng)約20厘米，通體呈半透明的橙紅色，皮膚質(zhì)地柔軟呈膠質(zhì)，鰭鈍圓，內(nèi)殼較為光滑，并具有七排同形齒的齒舌。因它在水中游動(dòng)時(shí)會(huì)優(yōu)雅地收縮或舒張腕間膜，配合形似“大耳朵”鰭的拍打，宛如在水下翩翩起舞的精靈，研究人員以敦煌壁畫中的“飛天”仙女為靈感，將其命名為飛天煙灰蛸。
研究團(tuán)隊(duì)基于遺傳信息分析結(jié)果，證實(shí)了煙灰蛸屬的分類地位，并為其單系性提供了證據(jù)支持。此外，研究還為近期有須類章魚的分類學(xué)修訂提供了新的佐證，確認(rèn)有須亞目可細(xì)分為面蛸超科和須蛸超科兩個(gè)單系群?；诠派飳W(xué)證據(jù)，推測(cè)現(xiàn)生深海頭足類的共同祖先可能起源于淺海環(huán)境。
本研究不僅豐富了深海生物多樣性認(rèn)知，還為理解章魚類的進(jìn)化與適應(yīng)機(jī)制提供了新線索。
據(jù)央視一套微信公眾號(hào)
很堅(jiān)硬
鉆石里的“六邊形戰(zhàn)士”實(shí)現(xiàn)人工合成
據(jù)新華社電 大眾所熟知的金剛石是自然界中的最堅(jiān)硬的物質(zhì)之一。研究發(fā)現(xiàn)，在隕石中被發(fā)現(xiàn)的六方金剛石，其硬度高于普通金剛石，具有更高價(jià)值，然而高純度六方金剛石的人工合成一直是世界難題。我國(guó)科學(xué)家日前成功合成百微米級(jí)的六方金剛石，該成果7月30日發(fā)表于國(guó)際期刊《自然》。
金剛石的碳原子排布呈四面體網(wǎng)格狀，堅(jiān)硬又耐磨，被稱為“硬度之王”。然而這一結(jié)構(gòu)也有弱點(diǎn)：某些平面一旦受力，就容易錯(cuò)位滑移，限制其強(qiáng)度。于是科學(xué)家把眼光投向另一種結(jié)構(gòu)更精美、性質(zhì)更優(yōu)越的超級(jí)鉆石——六方金剛石。
六方金剛石的形成條件極為苛刻，人工合成最大難點(diǎn)在于高溫高壓下六方金剛石的形成能量高于普通金剛石，因此高溫高壓產(chǎn)物常以普通金剛石為主，而難以得到六方金剛石。
我國(guó)科學(xué)家創(chuàng)新提出了一種由石墨到六方金剛石轉(zhuǎn)變的方法，在可控的高溫高壓、準(zhǔn)靜水壓條件下，壓縮和加熱石墨單晶，最終得到高純度六方金剛石。
“普通金剛石的碳原子以相同的鍵長(zhǎng)相連接。而我們合成的六方金剛石碳原子之間存在兩種不同鍵長(zhǎng)，四分之一的‘碳-碳’鍵更短更強(qiáng)，克服了金剛石密堆積面易滑移的弱點(diǎn)，具備更優(yōu)越的硬度、韌性?！闭撐耐ㄐ抛髡邨钗母镎f(shuō)。
論文第一作者、北京高壓科學(xué)研究中心研究員楊留響介紹，高純度六方金剛石的合成，歸功于兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：一是選擇純度高、無(wú)雜質(zhì)的天然石墨單晶，有助于得到純度更高、微米級(jí)大小、結(jié)構(gòu)有序的六方金剛石樣品；二是采用恰當(dāng)?shù)奶綔y(cè)手段——研發(fā)人員給石墨晶體不斷加壓，并用高壓原位X光觀測(cè)樣品變化，避免了密堆積面的滑移，最終制得純凈、未變形的六方金剛石塊體。
“這項(xiàng)工作為下一步類金剛石材料研究奠定方法基礎(chǔ)。六方金剛石更加出色的硬度、導(dǎo)熱性、光學(xué)性能、量子特性等，也將為超硬材料和高端電子器件研發(fā)開(kāi)辟新路徑。”高壓物理學(xué)家、中科院外籍院士毛河光說(shuō)。
1.工作人員正在調(diào)試月壤打磚機(jī)設(shè)備。
2.堪察加海溝化能生命群落。
3.在堪察加海溝拍攝的管狀蠕蟲。
4.阿留申海溝化能生命群落。
5.飛天煙灰蛸外部形態(tài)圖。
6.常見(jiàn)金剛石的碳原子結(jié)構(gòu)排列（左）與六方金剛石的碳原子排列示意圖。
（責(zé)任編輯：梁艷）
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