月球是离地球最近的天体,是人类探索浩瀚宇宙的第一步,是有人类足迹的第二个星球。美国和前苏联等早在1959年就陆续开展了月球探测,并且完成了多次的载人登月和月壤样品的采样。我国的嫦娥五号探测器在“风暴洋”北部的吕姆克山脉着陆,采用自动采样封装技术获取月面的月壤,并于2020年12月17日携带1731g月壤返回地球,标志着我国在探月工程上取得的瞩目成就。
针对月壤的研究,可深入认识月球的岩石类型与化学组成、资源与能源、内部结构与演化历史等。由于获取的真实月壤数量小且异常珍贵,很难用来开展大量的月壤岩土力学等实验研究,使得模拟月壤成为必要的基础材料。
武汉岩土所油气中心刘贺娟研究员系统研究了国内外典型真实月壤(Apollo、Luna、CE5等)和模拟月壤(如JSC-1、MLS-1、FJS-1、MKS-1、CAS-1、TJ-1、JLU-1/2/3等)的成分、粒度分布、密度、孔隙比、强度指标和压缩系数等,建立了系统的月壤物理力学性质数据库;研制出了CAS-IRSM-1低钛月海型模拟月壤,其粒度分布介于Apollo历次真实月壤的级配范围,组分上与Apollo14低钛月海型月壤相当,TiO2的含量高于Apollo14,低于嫦娥5号中钛月壤,与Apollo12相当,CaO略低,K2O、Na2O、P2O5略高,其他组分介于这两类真实月壤之间。
CAS-IRSM-1低钛月海型模拟月壤目前已经实现了吨级产能,已应用于月面钻进采样器等的校准、设计和性能评价,月球岩土工程的月壤固化基础材料研发等领域,未来可广泛应用于月壤岩土工程的相关领域。