近日，我國正式公布了載人月球探測任務新飛行器名稱
，新一代載人飛船命名為“夢舟”
，月麵著陸器命名為“攬月”。我國的探月工程計劃於2028年前後發射嫦娥八號，將構建國際月球科研站基本型，並開展資源利用試驗驗證。月球上有豐富的金屬、非金屬及氣體資源，圍繞著探測、開發月球資源，新一輪探月熱潮已經開啟。

　　礦物資源是指經過地質成礦作用形成於地下或露於地表
、具ju有you開kai發fa利li用yong價jia值zhi的de礦kuang物wu或huo元yuan素su集ji合he體ti。礦kuang物wu資zi源yuan是shi人ren類lei社she會hui發fa展zhan的de命ming脈mai，近jin年nian來lai，隨sui著zhe地di球qiu資zi源yuan消xiao耗hao加jia劇ju和he部bu分fen資zi源yuan逐zhu漸jian耗hao竭jie，開kai發fa利li用yong月yue球qiu資zi源yuan已yi成cheng為wei新xin的de科ke技ji競jing爭zheng製zhi高gao點dian。

　　我國近日正式公布了載人月球探測任務新飛行器名稱，新一代載人飛船命名為“夢舟”，月麵著陸器命名為“攬月”。與此同時，我國的探月工程還有新消息
，繼2020年12月17日嫦娥五號成功帶回1731克月球樣品後，我國於2022年正式啟動了探月四期工程——將於2024年發射嫦娥六號，實現月背采樣返回；計劃2026年前後發射嫦娥七號
，開展月球南極環境與資源勘查；計劃2028年前後發射嫦娥八號，構建國際月球科研站基本型，並開展資源利用試驗驗證。

　　國際上，各大國也紛紛啟動月球探測開發計劃

，掀起了新一輪探月熱潮。2017年，美國批準啟動了阿爾忒彌斯（Artemis）計劃，其目標是月球南極長期駐留和資源開采
，並以此為踏板進軍火星。截至2024年1月，該計劃已成功發射阿爾忒彌斯—I號，並完成了阿爾忒彌斯—II任務4名宇航員的選拔。本輪任務中，美國國家航空航天局采用了國際合作及私營企業聯合開展的新模式
，目前澳大利亞、加拿大
、意大利、日本、盧森堡、阿聯酋、英國等已相繼加入該計劃。2024年2月，美國國家航空航天局與私營企業“直覺機器”公司研發的“奧德修斯”著陸器登陸月球，這標誌著自1972年以來美國航天器重返月球。

　　俄羅斯、歐盟
、日本、印度

、以色列等也宣布或啟動了各自的探月計劃。2015年10月，時任歐洲航天局局長約翰－迪特裏希·韋爾納在第66屆國際宇航大會上首次宣布其國際月球村計劃，並在此後迅速啟動了以月壤為基材的月麵3D打印建造技術攻關。2023年，俄羅斯發射了月球探測器“月亮—25”，其目標是2035年左右在月球上建立基地、開發月球礦產資源。

　　根據聯合國《月球公約》規定，月球資源開采遵循“先到先得”規(gui)則(ze)，目(mu)前(qian)月(yue)球(qiu)開(kai)發(fa)競(jing)爭(zheng)趨(qu)於(yu)白(bai)熱(re)化(hua)。正(zheng)如(ru)中(zhong)國(guo)航(hang)天(tian)科(ke)技(ji)集(ji)團(tuan)有(you)限(xian)公(gong)司(si)嫦(chang)娥(e)五(wu)號(hao)探(tan)測(ce)器(qi)係(xi)統(tong)總(zong)指(zhi)揮(hui)兼(jian)總(zong)設(she)計(ji)師(shi)楊(yang)孟(meng)飛(fei)院(yuan)士(shi)所(suo)說(shuo)，我(wo)國(guo)月(yue)球(qiu)資(zi)源(yuan)開(kai)發(fa)利(li)用(yong)已(yi)日(ri)益(yi)緊(jin)迫(po)、刻不容緩。

　　月球上蘊含豐富的金屬、非金屬及氣體資源。目前探測表明，月球資源可分為水冰型、氣體型
、鈦鐵礦型
、斜長岩型和磷酸鹽型5種。

（製圖：郭藝偉）

　　水冰：月球水冰以結合水和遊離水兩種形態賦存。結合水通過化學鍵賦存於全月月壤/岩礦物組分中

，其含量僅為120～180ppm，開采難度大、潛力低。遊離水富集於兩極永久陰影區月壤層

，含量高達10%，是水冰資源開采主要對象。月球極區可開采水冰賦存麵積可達1850平方千米
、估算總儲量約為3×109噸。開采水冰資源可有效解決科研站運行、航hang天tian員yuan駐zhu紮zha和he生sheng存cun用yong水shui需xu求qiu
，是shi月yue球qiu科ke研yan站zhan運yun行xing和he長chang期qi駐zhu人ren的de前qian提ti條tiao件jian。水shui冰bing通tong過guo電dian解jie等deng手shou段duan二er次ci加jia工gong後hou還hai可ke製zhi造zao氧yang氣qi和he氫qing氣qi。月yue球qiu上shang沒mei有you大da氣qi層ceng，氧yang氣qi是shi航hang天tian員yuan月yue麵mian駐zhu紮zha和he生sheng存cun最zui基ji本ben條tiao件jian之zhi一yi。氫qing氣qi液ye化hua後hou可ke作zuo為wei優you質zhi火huo箭jian燃ran料liao，有you效xiao解jie決jue月yue麵mian運yun輸shu、地月往返及向火星等更遠星球飛行的燃料需求。因此，中國國家航天局、美國國家航空航天局、歐洲航天局、俄羅斯聯邦航天局等均將水冰資源開采列為本輪探月優先任務。

　　月球水冰來源於岩漿洋演化、彗星等撞擊帶入和太陽風注入。就遊離水冰而言
，月表極端低溫、超高真空環境導致其隻能以冰和水汽兩種相態賦存。地質演化過程中
，不同來源的水冰通過冷阱捕獲、溫度梯度遷移
、月壤層沉積
、高溫升華、diwenninghuadengfuzazuoyong
，zuihouzaiyuerangcengtedingshendufujixingchengshuibingziyuanceng。kaicaiguochengzhong，chucengzhongdeshuibingshoudaowenduraodongjiyishenghuaxiangbian，jinergaibianjubuquyudezhenkongdu；溫度和真空度的變化亦會進一步影響水冰相態轉化。同時，開采過程導致的月壤孔隙結構演化、局部溫度和真空度變化導致的溫壓梯度，均會誘使升華後的水汽逃逸。當前世界各國均在積極研發月球水冰資源開采技術及裝備。

　　氦-3：氦-3是月球氣體型資源的典型代表，以吸附方式賦存於月壤顆粒中。作為氦的同位素，氦-3包含一個中子和兩個質子，能夠在核聚變反應中生成巨大能量但不產生中子輻射。相較於其他核聚變材料
，氦-3具有清潔

、高效
、可控性強等優點
，是未來可控核聚變的理想燃料。同時
，由於特殊的超流性、穩定性、非輻射性等特征，氦-3還廣泛用於核磁共振造影、超低溫製冷、中子探測器製造
、核電站安全檢測
、核爆及隱藏核材料探測等國防、航天航空
、醫療和低溫物理等領域。然而
，地球上氦-3儲量極為稀缺，僅有500千克左右，這導致其價格高達每千克600萬美元。

　　相較於地球上的珍稀性
，月球上氦-3儲量極為豐富。氦-3來源於太陽內部核聚變、並以高能粒子形式通過太陽風向宇宙擴散。月球沒有大氣層，其磁場不足地球的千分之一，使得太陽風能夠直射月球表麵並將氦-3注入月壤層。同時，月表溫度在月夜最低可達-180℃，極地永久陰影區甚至可達-250℃。極低溫環境有效促進了氦-3在月壤層中吸附
，並阻止其脫附和向太空逃逸
，進而使得其在月表富集。前期通過光譜儀等手段已經探明，月球上氦-3的品位約為30μg/g
、全月氦-3換算儲量高達110萬噸
，可作為清潔核原料供地球使用約1萬年。嫦娥五號采樣返回後，中國科學院在月壤顆粒非晶體玻璃質中首次發現了直徑5～25納米的氦氣泡，並受此啟發提出了氦-3開采的新思路。

　　鈦鐵礦：鈦鐵礦通過化學或物理手段提煉後可獲得鐵
、鈦金屬和氧氣，為月球科研站建設和航天員生存提供必需原料。同時
，鈦鐵礦與氫氣通過化學反應（氫還原法）還可以生成水，是除了水冰開采外，解決月球用水需求的最主要途徑。月海玄武岩富含鐵、鈦等元素
，探測表明其鈦鐵礦含量最高可達30%
，初估質量約為1100萬億～2000萬億噸，是當前月球上開采需求和潛力最大的礦物之一。中國科學院地球化學研究所曾經做過估算，隻需在月海區域40厘米深度範圍內開采200立方米月壤
，即可提煉10噸鈦鐵礦、生成1噸水。

　　此外，月球高地斜長岩中富集矽、鋁、鈣等元素，對應氧化物含量分別高達45%、34%和20%；克裏普岩中含有大量鉀、磷、稀土和放射性元素，初估稀土元素儲量約為225億～450億噸、鈾儲量高達50億噸，均遠高於地球儲量。開采這些礦產資源除了能夠供給月球基地建設

、日常運維和保障航天員生存外，還可以有效補足地球資源的短缺。

　　盡管月球上礦產資源儲量豐富
、開采潛力誘人，但其開采相較於地球采礦有巨大難度。月表重力僅為地球的1/6，真空度高達10-14Torr，白天溫度可達127℃、夜間低至-250℃。小重力、超真空和極端溫度環境
，導致月壤層呈現出特殊的物理力學響應和獨特的月壤—機構相互作用，也對機械結構、材料性能提出了極高挑戰。此外
，月表廣泛分布表麵鋒利的超細粒月塵
，極易吸附、磨蝕機械結構和引發航天員呼吸係統損傷

、神經炎症。月表頻繁遭遇隕石撞擊
，速度高達每秒20千米；月核冷卻引發的“逆衝斷層”導致月震頻現
，強度可達5級～6級
，持續時間達10分鍾、平均頻率約每年500次；月表宇宙輻射強度高達300mSv/a，是航天員允許承受值的6倍。

　　受月麵極端環境、地月運輸成本等影響，月球采礦具備獨特的工程特征。首先
，月球采礦必須從選址
、方案設計
、設備研製、原位開采等環節統籌考慮小重力
、超真空、極端溫度
、隕石衝擊、月震、輻射等極端環境的直接影響和潛在威脅。其次，地月運輸成本高達每千克50000美元～90000美元，從地麵大規模運輸能源
、材料是不現實的，必須盡最大可能原位利用月球資源，實現月麵物資自給。最後
，月球采礦必須實現無人化、智能化，開采設備需一機多能、多機協同
，盡可能降低地麵發射數量與成本。

　　月表可開采資源均賦存於月壤/月(yue)岩(yan)地(di)層(ceng)中(zhong)
，月(yue)球(qiu)采(cai)礦(kuang)是(shi)典(dian)型(xing)的(de)多(duo)資(zi)源(yuan)共(gong)采(cai)問(wen)題(ti)。近(jin)年(nian)來(lai)，筆(bi)者(zhe)團(tuan)隊(dui)充(chong)分(fen)發(fa)揮(hui)中(zhong)國(guo)礦(kuang)業(ye)大(da)學(xue)在(zai)采(cai)礦(kuang)領(ling)域(yu)的(de)技(ji)術(shu)優(you)勢(shi)，針(zhen)對(dui)國(guo)家(jia)月(yue)球(qiu)基(ji)地(di)建(jian)設(she)與(yu)礦(kuang)物(wu)資(zi)源(yuan)開(kai)采(cai)重(zhong)大(da)需(xu)求(qiu)
，統(tong)籌(chou)考(kao)慮(lv)月(yue)表(biao)極(ji)端(duan)環(huan)境(jing)影(ying)響(xiang)及(ji)月(yue)麵(mian)工(gong)程(cheng)特(te)性(xing)需(xu)求(qiu)，構(gou)建(jian)了(le)“月球基地—資源智能化協同建采”技術體係。該技術以“智能化協同建采”weijibenlinian
，yituoduogongnengzhinengjiqiren，tongguoduojixietongfangshitongbukaizhanyueqiujidijiansheyukuangwukaicai，yizuixiaodegongyidaijiaheshebeitouru
，tongbushixiankantanpinggu、基地建設與礦物開采三大工程任務，可達到多贏的工程效果。

　　當前世界各國月球采礦技術體係和基礎理論研究均處於起步階段，還有諸多難題亟待攻克。與月球初探階段“輕型荷載、科學探測”有所區別，月球采礦以“重型機具、工程建采”為主，呈現出開采機器自重更大、機—壤作用更顯著、月壤屈服破壞更複雜等特點。當前亟須開展科研攻關，係統獲取原位月表環境下月壤/岩力學響應。其次，月球采礦涉及場地加固
、bianpozhihudengwenti，qihexinshiyuemianjianzhucailiaogongying。yuerangshiyuemianchuliangzuidadeqianzaijianzhuyuancailiao
，yanfayuemianjiduanhuanjingxiadeyuerangyuanweiguhuachengxingfangfajizhihujishutixi，keyouxiaojiejueyuemianjianzhucailiaonanti。

　　此外，月球水冰資源及月壤/岩組分礦物的開采
、分fen離li與yu純chun化hua方fang法fa是shi當dang前qian月yue球qiu采cai礦kuang需xu要yao攻gong關guan的de核he心xin難nan題ti。高gao緯wei度du衝chong擊ji坑keng內nei永yong久jiu陰yin影ying區qu的de霜shuang凍dong層ceng及ji下xia部bu月yue壤rang層ceng中zhong的de水shui冰bing富fu集ji層ceng是shi目mu前qian月yue球qiu上shang開kai采cai潛qian力li最zui大da的de水shui冰bing資zi源yuan。超chao真zhen空kong和he極ji端duan溫wen度du環huan境jing下xia，水shui冰bing呈cheng現xian出chu顯xian著zhu不bu同tong於yu地di表biao的de賦fu存cun及ji逃tao逸yi特te征zheng

，對dui此ci目mu前qian已yi提ti出chu了le“溫控貫入開采”等多種開采方法。月壤/岩組分礦物的原位分離純化是地質演化逆過程，月表小重力、超真空和極端溫度環境對資源的分離純化工藝的影響目前也還不明確。

　　月球采礦技術從實驗室走向工程應用前，必須經過大規模地麵物理模型試驗和驗證，以確保其可靠性。開展此類試驗需要解決兩個“卡脖子”難題——月表極端環境地麵模擬與大型月麵工程結構“時空壓縮”。中國礦業大學深地工程智能建造與健康運維全國重點實驗室目前已研製成功兩套核心重器，成功解決了以上難題。第一套是“小重力場等深空環境星壤工程物理模擬試驗係統”，該係統在國際上首次實現了1/6g重力
、10-8Torr真空
、-180～180℃溫度環境的長時間

、高精度模擬

，構建了月表極端環境地麵模擬平台。第二套是“400gt超重力離心模擬試驗係統”，該係統基於高速旋轉營造離心力場，為揭示原位開采響應及災變過程提供了可靠平台。