模拟月壤

月球样品的地球化学复制品

模拟月壤具有与月球样品相似的矿物组成和化学成分,相似的颗粒粒度、力学强度、孔隙度、密度和电学性质,是月球样品的地球化学复制品。

月壤介绍

人类通过地基天文望远镜对月观测、太空望远镜和环月卫星的遥感探测、以及无人驾驶月球车和Apollo宇航员的月表巡视勘查的结果显示，几乎整个月球表面都覆盖着一层细粉状的风化物质－月壤（Lunar Regolith）。基岩仅露出于陡峭的山脉、撞击坑和火山通道的峭壁等处。月壤是指月球表面覆盖着的土壤，一般呈现淡褐、暗灰色。绝大多数月壤元素与地球土壤元素一致，包括氧、硅和铝等。月壤大部分由小于1mm的具有粘聚性的细颗粒组成。

月壤物理力学特性对月面巡视探测器运动影响很大，包括颗粒大小、孔隙率、凝聚力、内摩擦角、容积密度、颗粒比重、颗粒形态等。与地球土壤的形成过程不同，月球土壤是在氧气、水、风和生命活动都不存在的环境下，由流星的撞击、宇宙射线和太阳风辐照、大幅度温度变化导致的月球岩石热胀冷缩破碎等因素的共同作用下形成的。因此，月壤的形成基本上是机械破碎作用主导的。月球土壤的基本组成颗粒包括：矿物碎屑、原始结晶岩碎屑、角砾岩碎屑、各种玻璃、独特的月球土壤组分－粘合集块岩、陨石碎片等。

模拟月壤介绍

模拟月壤具有与月球样品相似的矿物组成和化学成分，相似的颗粒粒度、机械强度、孔隙度、密度和电学性质，是月球样品的地球化学复制品。在国外，关于月球资源利用和工程研究的项目(如材料合成、生命必需物质合成、资源性矿物提炼工艺等)一般都采用模拟月壤来代替，提出新的分析测试方法的研究项目大多先采用模拟月壤进行，陨石撞击月表过程的模拟、太阳风和宇宙射线轰击月表的效应研究、月尘带电漂浮过程的实验模拟等许多消耗样品量较多的实验也都是采用模拟月壤来进行的。

新一轮世界性“重返月球”热潮的兴起，主要目的是开发和利用月球资源，特别是开发相对较容易月壤中的资源，进而为建立月球基地、将月球作为进一步进行深空探测的平台奠定基础。我国月球探测计划一期工程已正式进入实施探测阶段，主要是对月球地形地貌和地质构造、月表元素分布和月壤厚度等进行遥感探测。

国内研究概况

针对不同的需要和目的，目前世界各国研制出了很多种模拟月壤，其中主要包括美国的JSC-1、MLS-1、 MLS-2，日本的MKS-1、FJS-1，中国科学院的CAS-1和吉林大学研制的JLU系列模拟月壤。

JSC系列模拟月壤由美国国家宇航局（NASA）下属的约翰逊空间中心（JSC）主持研制。JSC-1是一种富含玻璃的玄武岩质火山灰，经研制而成。其初始物质为旧金山附近的火山喷发的厚达数米的黑色火山灰和火山砾沉积。MLS系列模拟月壤由美国明尼苏达大学研制。MLS-1模拟月壤的初始物质为苏比利尔湖北岸的富钛结晶质玄武岩。MLS-2模拟月壤是一种月球高地月壤模拟物质，为德卢斯北美中大陆断裂的斜长岩经粉碎、研磨过筛制成。

MKS-1和FJS-1模拟月壤由日本清水株式会社的空间和机器人系统部研制，初始物质为玄武质熔岩，经加工后与Apollo 14采样点月壤具相似。

英国萨里太空中心（Surrey Space Centre）研制了SSC系列模拟月壤。SSC-1颗粒相对较粗，初始物质为石英砂；SSC-2颗粒极细，初始物质为石榴石。

德国航空航天中心（German Aerospace Center (DLR)）主要研究巡视器在火星土壤上的动力学，采用石英砂、MSSD模拟火星砂(Martian Soil Simulant D)和研磨的德国火山岩进行各项性能试验。研制的模拟月壤初始物质为黑色玄武岩。

CAS-1仿真月壤由中国科学院地球化学研究所研制，初始物质为吉林省辉南县红旗林场至靖宇县四海林场一带四海火山渣层的玄武质熔岩。CLRS-1的初始物质为金川火山灰，CLRS-2标准样品的初始物质为金川火山灰与攀枝花钒钛磁铁矿围岩。

JLU系列模拟月壤由吉林大学工程仿生教育部重点实验室研制，初始物质为吉林省境内辉南新生代火山的火山灰。通过各道加工工序按照一定比例将各目数火山灰进行配比研制出JLU-1，JLU-2和JLU-3三种模拟月壤。该模拟月壤主要用于轮壤关系土槽试验和模拟月壤力学特性参数测试。

随着我国探月工程的实施，模拟月壤及月面环境的正在研究逐步展开。

2024年11月，研究人员首次在模拟的月球土壤中种植鹰嘴豆，为科学家进一步研究在外太空种植食物积累经验，也为未来载人任务中减少对包装食品的依赖铺平道路。

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