火星基地建设新曙光：火星壤纤维研究取得重大突破

作者段跃初 黄艳红

近日，中国科学院新疆理化技术研究所发布一项令人瞩目的研究成果，为火星基地建设带来新的希望与可能。科研人员成功以地球玄武岩模拟火星壤，并制备出连续模拟火星壤纤维，这一成果预示着未来人类有望在火星上就地取材建设基地。相关研究论文已发表于国际期刊《交叉科学》。

尽管火星距离地球极为遥远，最近时约5500万公里，最远可达4亿公里，但人类对移居火星的憧憬与探索从未停歇。近年来，航天技术的迅猛发展让人类登陆火星不再是遥不可及的梦想，火星基地建设也随之成为国内外相关领域的研究热点。然而，高昂的太空运输成本成为建设火星基地的巨大障碍，将建筑材料从地球运往火星几乎是一项无法完成的任务。因此，就地取材成为未来火星基地建设的关键所在。

2019年，新疆理化所研究团队着眼于深空领域，以火星基地建设对高性能增强体材料的需求为出发点，与中国科学院地球化学研究所、香港中文大学（深圳）等单位合作，开启了利用火星壤制备连续纤维并用于建设火星基地可行性的探究之旅。他们发现地球上广泛存在的玄武岩在化学成分和矿物相组成上与火星壤极为相似。虽然目前人类尚未获取火星壤实物，但基于玄武岩能通过熔融拉丝形成纤维的原理，推测成分相近的火星壤也具备制备成纤维的可能性。这一理论发现为后续研究奠定了坚实基础。

玄武岩是火山喷发出的岩浆在地表冷却凝固后形成的岩石，具有致密状或泡沫状结构，在我国分布广泛。它因其坚硬、耐腐蚀的特性，常被用作铺路石。而玄武岩纤维是以天然玄武岩矿石为原料，经过多道工序制成的丝状材料，是我国重点发展的四大高性能纤维之一。长期以来，马鹏程带领的科研团队在玄武岩分布数据平台搭建、熔体成纤技术、浸润剂配方设计与优化等领域持续深耕，积累了丰富的经验和技术，为火星壤纤维的研究提供了强有力的理论和技术支撑。

科研人员以地球玄武岩为原料模拟火星壤，采用熔融拉丝技术成功制备出连续模拟火星壤纤维。实验中发现，模拟火星壤在1360摄氏度时可完全熔融，从固态转变为液态，随后通过铂—铑合金拉丝漏板，在机器高速拉制下形成连续纤维。在不同成纤速度下获得的纤维具有不同特性，较低成纤速度下制备的纤维原子结构更致密，力学性能更好，更能抵御外界破坏；随着成纤速度提高，纤维的拉伸强度和拉伸模量呈下降趋势。此外，团队成员还从理论上深入分析了火星低重力、特殊大气等环境条件对纤维成纤过程及性能的影响，为未来在火星实际环境中的应用提供了理论参考。

单根模拟火星壤纤维直径仅为头发丝的三分之一，但其强度却是同等直径钢纤维的两倍，同时还具备耐腐蚀、耐极端温度等优异特性，无疑是建设火星基地的理想建材。然而，纤维不能单独作为建材使用，如同钢筋结构需要与混凝土等基体融合一样。多根火星壤纤维合并成一股后，浸入浸润槽与基体融合，可制作成建筑材料，再借助3D技术打印出特定形状的建筑部件。在火星上，基体制备也可实现就地取材，通过添加黏合剂或施加高压，能将松散的火星壤转化为相对稳定的固体材料。这种材料单独使用强度不高，但加入火星壤纤维后，可形成高强度的增强复合材料，为火星基地建设提供了可靠的材料解决方案。

我国天问三号任务计划在2028年前后实施两次发射任务，实现火星样品返回地球，这一消息让科研团队备受鼓舞，也让他们看到了火星壤研究的广阔前景。近年来，马鹏程带领的科研团队不断挖掘玄武岩纤维的潜力，拓展其应用领域。例如，将玄武岩纤维和高分子基体结合，可用于制造坦克、舰船、飞机的外壳；利用玄武岩纤维含有的金属元素，成功制备出导电纤维材料，拓展了其在电磁屏蔽等领域的应用；将玄武岩纤维与纳米纤维素纤维复合，研发出环保型高效PM0.3空气过滤材料，该材料具有卓越的机械强度、耐高温和耐火性能，PM0.3初始过滤效率超99.99%，经180摄氏度高温处理后，对PM0.3的过滤效率仍可保持在92%以上。

虽然要真正实现在火星上“造房子”的梦想还需要时间，但新疆理化所的这项研究成果已经展现出巨大的应用潜力，为未来火星基地建设指明了方向。随着科学技术的不断进步，我们有理由相信，在不久的将来，人类能够在火星上成功实现就地取材建设基地的目标，开启宇宙探索的新纪元。这一研究成果不仅是我国航天科技领域的重大突破，也为全球火星探索和基地建设提供了宝贵的经验和借鉴，让我们共同期待那一天的早日到来。