2024年，嫦娥六号（CE-6）任务成功实现人类首次月球背面采样，从南极-艾特肯（SPA）盆地带回了极其珍贵的月壤样品，为揭示月球早期演化历史打开了关键窗口。然而，对于未来国际月球科研站（ILRS）建设、巡视器移动及原位资源利用（ISRU）等任务，月壤的工程力学性质（如承载力、抗剪强度等）是决定任务成败的核心要素。鉴于返回样品极具科研价值且体量有限，传统的破坏性岩土实验难以开展。因此，如何在无损前提下通过微观结构表征精准推演其宏观力学行为，已成为当前月球工程地质领域亟待解决的关键科学挑战。
针对上述挑战，研究团队提出了一套“微观形态表征-宏观力学预测”的一体化研究框架。团队利用高分辨率X射线显微计算机断层扫描（Micro-CT）技术，结合半监督深度学习（Semi-supervised Deep Learning）算法，成功实现了对微小月壤颗粒的高精度分割与三维重构。共重构了349,740个独立的月壤颗粒，有效解决了月壤颗粒形状复杂、接触紧密导致的分割难题（图1），实现了从二维切片到三维实体的数字化孪生（图2）。
基于获取的高保真三维颗粒形态数据，团队引入离散元法（DEM），在计算机中构建了反映真实月壤特征的数值模型，并在月表低重力、高真空环境对应的低围压条件下（5-15 kPa），模拟了月壤的三轴压缩力学行为。通过与阿波罗任务（Apollo）及嫦娥五号（CE-5）月球正面样品数据的对比分析，研究得出了关于嫦娥六号月壤的两项关键结论：
1. 嫦娥六号月壤粒径更加集中，且颗粒形态更加不规则
粒径分析显示嫦娥六号月壤的级配曲线根陡，粒径分布更加集中（图3）；形态学分析表明，嫦娥六号月壤颗粒的形状比月球正面样品更为不规则（图4），三维球度（Sphericity）中位数为 0.74，明显低于嫦娥五号样品的约0.87，这可能与SPA盆地独特的撞击历史及空间风化过程有关。
2. 嫦娥六号月壤的力学性质优异，具有较高的抗剪强度
离散元模拟结果显示，嫦娥六号月壤表现出较高的内部摩擦角和粘聚力，内摩擦角达 47.96°，粘聚力约为 1.08 kPa（图5），位于Apollo样品强度指标范围的上界。这是因为颗粒高度的不规则性增强了颗粒间的几何互锁效应，显著提升了材料抵抗剪切变形的能力。
本研究不仅建立了嫦娥六号月壤的首个大规模三维形态数据集，更为月球背面原位工程建设提供了重要的基准参数。高保真CE-6颗粒数字模型在颗粒尺度上真实表征了月壤颗粒的尺寸分布、三维形貌及其统计特征，为了解月背独特的空间风化速率和机制提供了物理证据。高内摩擦角和粘聚力数据表明月背风化层可能具有较好的地基承载性能，为月球车轮刺设计、着陆缓冲系统及月面建筑基础设计提供了直接依据。本研究建立的非破坏性表征与模拟框架，可广泛应用于未来珍稀地外天体样品（如火星、小行星）的物理力学性质分析。
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