小重力场等深空环境星壤工程物理模拟试验系统

3月7日，《光明日报》第16版刊发了实验室李瑞林副教授的文章《走，到月球采矿去》，报道了实验室在月球采矿领域的进展。

联合国《月球公约》规定，月球资源开采遵循“先到先得”规则。随着我国国际月球科研站计划、载人探测计划的快速推进，月球矿物资源开采已成为当前的紧迫任务。美国、欧盟等国家和组织也相继推动Artemis计划、国际月球村计划，抢占月球资源。然而，月球上小重力、超真空和极端温度等环境导致月面采矿具有极高的工程难度。

近年来，实验室团队针对国家月球开发重大战略需求和月面采矿工程难题，系统提出了“月球基地-资源智能化协同建采”技术体系，并在月表极端环境地面模拟方法与设备、月壤特性与模拟月壤研制、月壤力学特性及其力学-物理-环境耦合机理、月球基地建设与资源开采工程效应等方面取得了新进展。

2024年，团队在国家重点实验室仪器专项资助下（600万元）先后攻克了超导磁拟重力场技术、超高真空实现技术、深空极低温模拟技术、极端环境测试技术及极端环境耦合设计技术等多项技术难题，研制成功第三代“小重力场等深空环境星壤工程物理模拟试验系统”，构建了可综合模拟外星球重力（0~2g）、超真空（1Atm~10-8 Torr）和极端温度（-180℃~180℃）环境的物理模型试验平台。该平台是国际上首台可长时间模拟月面重力等极端环境的设备，有效弥补了落塔、失重飞机等传统方法模拟重力场时间短、精度低等局限。

此外，团队通过模拟月球地质过程，先后研制了以高保真颗粒形态和月面小重力场模拟为特色的CUMT-1玄武质月海模拟月壤和CUMT-i斜长质极区模拟月壤，有效还原了真实月壤矿物组份、颗粒形态及物理力学性质等。基于此通过开展试验，系统揭示了月表小重力环境下月壤介质基本力学特性和真空环境原位传热特性，构建了月壤介质多尺度力学行为理论表征模型和数值仿真方法，为系统研究和表征月壤力学特性及其工程响应奠定了基础；揭示了小重力等环境下月壤介质成拱效应、触探响应、承载特性及月球冲击坑内浅层月壤热环境特性，为我国探月四期基地建设和资源开采相关工程任务设计及实施提供了理论支持。

相关成果均以中国矿业大学为第一单位、通过“Cone penetration resistance of CUMT-1 lunar regolith simulant under magnetic-similitude lunar gravity condition”“Preparation and characterization of a specialized lunar regolith simulant for use in lunar low gravity simulation”等文章发表在International Journal of Mining Science and Technology（中科院一区Top期刊，影响因子11.8）、Acta Geotechnica（中科院一区Top期刊，影响因子5.7）等高水平期刊上，并得到了国家自然科学基金、江苏省基础研究计划、徐州市基础研究计划支持。

新闻来源：深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室 李瑞林

摄影：深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室