月球表面覆蓋著一層厚度從 2 米到 15 米不等的細粉狀岩石——月壤（lunar regolith）。這種粗糙、帶靜電、具研磨性的粉末，長期以來被視為載人探月工程中的環境威脅：它堵塞設備、磨損太空服、汙染艙內空氣。但對於新一代太空建築師而言，月壤不是問題，而是答案。
隨著 Artemis 計劃確定在 2030 年代建立長期月球基地，以及中國和俄羅斯聯合國際月球科研站（ILRS）的推進，一個根本性的工程問題浮出水面：如何在地球之外建造人類棲息地？將建築材料從地球運往月球的成本高達每公斤數萬美元，一棟完整的預製加壓艙可能耗資數十億美元運費。解決方案在於原位資源利用（In-Situ Resource Utilization, ISRU）——就地取材，用月球本身的土壤建造人類的月球家園。
原位建造的核心挑戰
月球建築面臨一系列地球建築從未遇到過的極端條件。
首先是溫度極端。月球表面晝夜溫度差超過 300 攝氏度——白天可達 123 攝氏度，夜間驟降至零下 247 攝氏度。任何月球棲息地的外殼必須能夠承受這種極端熱循環，同時保持內部加壓艙的空氣密封性和溫度穩定性。
其次是宇宙輻射和微隕石。月球沒有大氣層和磁場保護，表面直接暴露於銀河宇宙射線（GCR）和太陽高能粒子（SEP）。一座安全棲息地的外牆至少需要 50 厘米到 1 米的月壤屏蔽層才能將輻射劑量降至可接受水平。同時，外牆必須能夠阻擋以每秒 20 公里速度撞擊的微隕石（直徑可達 7 厘米）。
第三是低重力。月球重力僅為地球的六分之一。這影響了材料的沉降行為、燒結過程中的熱傳導，以及結構在加壓狀態下的力學性能。地球上的混凝土和鋼結構設計經驗在月球上不完全適用。
第四是月壤本身的物理化學特性。月球表層月壤富含二氧化矽（SiO2）和鋁、鐵、鈣、鎂的氧化物，但缺乏有機物和水（極區水冰除外）。其在真空環境下的燒結和熔化行為與地球材料有顯著差異。
三大建造技術路線
目前月球原位建造存在三條並行的技術路線，分別處於不同的成熟度階段。
第一條路線：燒結與熔化成型
燒結技術利用高溫（通常在 1000 至 1500 攝氏度）使月壤顆粒在熔點以下部分熔化，顆粒之間形成頸部聯結（sintering neck），從而獲得機械強度。這種技術的優勢在於能耗相對可控，且不需要從地球運送黏合劑。
NASA 的 MMPACT（Moon to Mars Planetary Autonomous Construction Technology）項目是這一路線的主要推動者。該項目探索利用機器人 3D 打印技術進行大規模原位建造的可行性。MMPACT 採用的方法之一是集中太陽能燒結——利用菲涅耳透鏡將太陽光聚焦到月壤表面，使其熔化後逐層堆積形成結構。2024 至 2025 年間，該項目完成了多輪地面模擬測試，驗證了太陽能燒結月壤模擬物形成建築級結構件的能力。
ICON 公司——位於德克薩斯州奧斯汀的 3D 打印建築初創企業——正將燒結技術推進到最高成熟度。ICON 開發的 Olympus 建造系統採用 Laser Vitreous Multi-material Transformation（雷射玻璃化多材料轉化）技術，利用高功率雷射熔化月壤，使其冷卻後形成類似陶瓷的堅固結構。2022 年，ICON 獲得了 NASA 的 5,700 萬美元第三階段小型企業創新研究（SBIR）合約——這是 NASA SBIR 歷史上最大的單筆合約之一——用於開發 Artemis 時代的月球表面基礎設施建造能力。
2025 年 2 月，ICON 的 Duneflow 實驗搭乘 Blue Origin 亞軌道火箭進行了飛行測試。在約兩分鐘的月球重力模擬時間內，ICON 和 NASA 的研究人員比較了月球模擬物在月球重力與地球重力下的行為差異——這是首次在亞軌道飛行中驗證月球建造工藝的關鍵數據。
第二條路線：聚合物-月壤複合材料
NASA 肯尼迪航天中心開發的 Regolith-Polymer 3D Printing 系統採用了另一種思路：將月壤與聚合物黏合劑混合，擠出成型後固化。這種方法的優點是工藝溫度遠低於燒結（聚合物在 200-300 攝氏度即可熔融），能耗更低，且擠出頭設計比高功率雷射系統更簡單、更可靠。
該系統的核心發明是一個專利的 3D 打印頭，包含加熱料斗、螺杆擠出裝置和可安裝於機械臂腕部的連接機構。月壤-聚合物混合物從料斗經螺杆推送至加熱槍管，加熱至熔融狀態後從噴嘴擠出。2024 至 2025 年間，該系統完成了多輪地面原型測試，證明其能適應不同粒徑的月壤模擬物。
然而，這種方法的固有限制在於需要從地球運送聚合物黏合劑，違背了 ISRU 的「全部就地取材」理想。此外，聚合物在月球真空和輻射環境下的長期衰減特性尚未得到充分驗證。
第三條路線：硫磺混凝土
一種更優雅的解決方案是利用月壤中本身含有的元素——硫。月球表層月壤中硫的含量約為 0.1% 至 0.3%，雖然濃度不高，但可以通過加熱提取後用作黏合劑。將加熱至 130 攝氏度以上的液態硫與月壤骨料混合，冷卻後即可獲得硫磺混凝土（sulfur concrete），其抗壓強度可達 30 至 50 MPa，與普通波特蘭水泥混凝土相當。
硫磺混凝土的優勢是工藝溫度低（130 攝氏度 vs 1500 攝氏度）、不需要水（月球上最稀缺的資源之一）、原材料可從月壤中就地提取。缺點是硫磺混凝土在極端溫度循環下的長期穩定性、真空環境中的昇華速率，以及在微隕石撞擊下的行為仍需要進一步研究。
BIG 的建築設計方案
丹麥建築事務所 Bjarke Ingels Group（BIG）與 NASA 合作的 Project Olympus 提供了一個從建築學角度思考月球棲息地的難得視角。BIG 設計的月球棲息地方案採用了蛋形（rounded shape）作為基本結構單元——這是在加壓載荷下最優化的結構形態，同時也是 3D 打印懸垂極限（約 70 度）範圍內可實現的最大內部容積。
BIG 的設計在結構剖面中包含多層功能：外層為燒結月壤（提供隕石防護），中間層填充疏鬆月壤（提供熱隔離和輻射屏蔽），內層塗覆彈性密封膜（提供氣密性和壓力承載）。這種「鬆散月壤桶」（loose regolith bucket）設計巧妙地利用了月壤的顆粒特性——在月球地震或著陸/起飛震動中，結構牆體可將疏鬆月壤約束在外部牆體內，防止其擴散。
2025-2026 關鍵進展與行業動態
2025 至 2026 年間，月球原位建造領域出現了幾個值得關注的信號。
ICON 的 Olympus 建造系統正從地面測試向空間驗證過渡。Duneflow 實驗的亞軌道飛行數據正在指導下一代建造工藝參數的設計。如果一切順利，ICON 預計在 2028 至 2030 年間進行首次月球表面建造演示——可能包括著陸墊和簡易遮蔽結構。
歐洲太空總署（ESA）與德國建築公司合作開發的 REGOLITH 項目採用了類似太陽能燒結的路線，但使用了不同的聚焦和掃描策略。ESA 的目標是在十年內在月球表面部署一個自主建造單元，重點是先建造著陸墊——著陸墊是防止月塵擴散、保護其他月面設施的關鍵基礎設施。
中國的嫦娥八號任務計劃在 2028 年前後測試月壤 3D 打印技術。中國航天科技集團（CASC）已在 2024 至 2025 年間完成了多輪模擬月壤的燒結打印地面測試，打印樣件的抗壓強度達到 40 MPa 以上。中國計劃在國際月球科研站（ILRS）框架內將原位建造整合為標準基礎設施模塊。
從競爭格局來看，月球原位建造領域目前仍處於「技術驗證」階段，尚未進入「商業運營」階段。唯一進入月球表面實際運行的建造相關設備是 NASA 的「月球地下鑽探」（Lunar Subsurface Drilling），但那只是一個取樣工具，並非真正的建造系統。
POC.HK 觀測站分析
月球原位建造的結構性意義遠遠超出工程技術本身。它代表了人類在地球之外建立自給自足定居點能力的核心技術基石。
從經濟角度來看，原位建造的關鍵指標是「從地球運送的質量比」。一個完全由地球運送材料建造的月球棲息地，其有效載荷（棲息地本身）與運送總質量（火箭、燃料、結構）之比約為 1:100。原位建造的目標是將這個比例降低到接近 1:1——只有宇航員本身和關鍵電子設備需要從地球運送。
從時間線來看，月球原位建造的發展可以分為三個階段。第一階段（2024-2028）：地面測試和亞軌道驗證階段。主要工作是驗證工藝參數、確定最優技術路線。第二階段（2028-2032）：月球表面工程示範階段。首次在月球環境中建造簡單結構（著陸墊、道路、遮蔽所）。如果 ICON 的 Olympus 系統或 ESA 的 REGOLITH 項目按計劃推進，我們可能在 2030 年左右看到月球上第一個非地球製造的人造結構。第三階段（2032-2038）：棲息地建造和運營階段。具備居住功能的加壓棲息地建成，為長期月球駐留提供基礎設施支撐。
最值得關注的技術信號是：ICON 的 Duneflow 實驗結果將如何影響下一代建造工藝的設計。如果月球低重力環境下的燒結行為與地球模擬存在顯著差異（這是最可能的情況），那麼整個工藝參數集都需要重新標定，這將影響整個時間線。
此外，一個經常被忽略的關鍵因素是「建造機器人本身如何著陸」。建造設備的質量通常在數噸級別，需要可靠的月面軟著陸能力。目前的 Artemis 著陸器方案（SpaceX Starship 的 HLS 版本、Blue Origin 的 Blue Moon）在著陸精度和有效載荷能力上可能滿足需求，但著陸發動機的火箭尾氣對月壤的侵蝕——以及由此產生的月塵對建造設備的污染——仍是一個待解決的工程問題。
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