首次发现：月球土壤可以帮助人类在太空中制造氧气

我国科学家团队提出了一种在月球上收获有用资源的新方法。

科学家小组分析了该国嫦娥五号任务最近收集的月球岩石——这是自 1970 年代上一次阿波罗任务以来返回地球的第一批月球岩石。

在实验室对新月岩石进行的实验表明，它们含有可能用作催化剂的材料，可以在月球上制造燃料和氧气。该团队提出了一项战略，未来月球探索者如何使用这些催化剂来创造关键资源，而不是包装这些供应品，这是最大限度地降低长期太空探索成本的一种潜在方法。他们周四在杂志上发表了他们的研究结果。

该团队能够使用来自新月岩石的数据并“进行这种计算，我认为这令人印象深刻” ，美国宇航局前宇航员、麻省理工学院航空航天学教授杰弗里霍夫曼（Jeffrey Hoffman）没有参与其中。与研究。然而，霍夫曼说，当谈到制造燃料和氧气所需的材料和能源时，该研究缺乏对该过程如何扩大规模的任何全面估计。

提议的过程需要从月球土壤中提取的水、碳和化学催化剂。这些催化剂将有助于将水分解成氢气和氧气。在催化剂的帮助下，二氧化碳和氢气可以转化为碳氢化合物燃料——甲烷或甲醇——与新制造的氧气一起燃烧。

但是月球表面没有碳，因此该团队的计划需要从船员舱的空气中收集。这一过程被称为碳捕获，既困难又耗能，是缓解气候变化的热门技术。霍夫曼说，宇航员如何将二氧化碳从空气中分离出来，以及他们可以获得多少，这些问题仍然没有得到解决。该过程还将依赖从月球土壤中收集的水和金属，这是另一个挑战。

本研究中使用的月球样本，由嫦娥五号任务获得

该团队打算使用合成光合作用来驱动这一过程，但霍夫曼不确定小型太阳能电池板能否提供足够的电力来为返程等活动创造足够的燃料。

霍夫曼是参与MOXIE 实验的团队成员，该实验旨在从毅力号火星车上的火星二氧化碳中产生氧气。霍夫曼说，MOXIE 实验需要 300 瓦的功率——足以运行一个小型真空装置——“每小时只需从大气中的二氧化碳中制造几克氧气”。最终的结果只是几口呼吸的氧气。

在 Lunar and Planetary 研究月球表面和地质的行星科学家Julie Stopar说，这项新的月球研究有一些聪明的想法，例如利用月球的昼夜循环来加热和冷却反应物并驱动部分过程。大学空间研究协会科学研究所。她说，挑战将是“找到一种扩大规模并使其实用的方法”。

她说，要让这样的系统仅使用当地资源在月球上工作，探险者必须能够提供正确比例的原材料，并能够最大限度地减少过程中的浪费。最终，这是一个需要证明它可以扩展的实验室实验，这可能需要多次修改和适应类似月球的条件。该团队假设宇航员可以从被永久阴影掩盖的月球陨石坑区域获得这一过程所需的水。

“我们还没有基本事实，”霍夫曼说，关于那里有多少水以及它有多容易获得。他说，水可能是水合矿物质或冰晶的形式，集中成块状，或者分散在相距很远的沉积物中。NASA 更喜欢远离陨石坑的平坦着陆点，这很危险——但也是唯一可能存在大量水的地方。

霍夫曼说，即使存在可获得的水，收获冰也需要“在非常非常寒冷的地区进行采矿作业”：温度高于绝对零值 40 到 60 C。“我们现在没有在这些温度下工作的设备。”

Stopar 说，在月球或火星上使用当地资源需要 NASA 的“长期承诺”。她说，目前，NASA 仍处于为此类项目制定设计的早期阶段。

斯托帕认为，太空机构可以从更简单的外星材料目标开始——例如，利用月球风化层在月球上建造辐射避难所。然后这些机构可以在小范围内展示如何处理月球土壤以获取水。在其他星球上采矿将非常具有挑战性，但 MOXIE 已经证明可以从火星大气层中制造燃料。

在短期内，美国宇航局可能会发送返回火星所需的所有氧气。但霍夫曼说，该机构实际上会“付出代价”。运输燃料而不是在红色星球上生产燃料，虽然需要额外的数十亿美元，但风险会更小。然而霍夫曼坚信一件事：如果美国宇航局要进行持续的火星探索计划，那么宇航员迟早将不得不开始使用他们在远离地球的地方发现的东西。