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再次突破美国封锁!我国尝试在月球制氧,未来将用于建立月球基地

2021年10月20日 07:27:06
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来源:汽车都市

如果有一天,人类真的能够在月球上生活,那么有一项科技将会起到决定性的作用,那就是利用月壤制备氧气。

从土壤里搞出氧气来,这个想法听起来有点夸张,但很可能就要变成现实了。最近,我国科学家取得了这项举世瞩目的成就,为我国建立月球基地,打下了坚实的基础。

(图片说明:我国科学家利用月壤制备氧气)

月壤制氧气

日前,在举办于深圳的深空探索科学技术与应用大会上,航天五院508所果琳丽研究员介绍了我国的最新成果,那就是利用月壤制备氧气。

你可能会问了:土壤和氧气好像完全不挨边,这是什么样的化学反应呢?

原来,月壤中虽然没有氧气,但却有氧元素,只要我们想办法把这些氧元素转化成氧气就可以了。有一种手段比较有效,在本次研究中被利用,那就是熔融电解法。也就是说,我们将月壤加热到非常高的温度,然后进行通电,让各个元素单独电离出来,氧离子之间就有机会相互结合,形成氧气。

(图片说明:果琳丽研究员介绍本次成果)

具体来说,月球表面有一些钛铁矿(化学式FeTiO3)和氧化亚铁(FeO) ,可以作为反应原料。给这些矿加温到1600-2500℃,就可以制备出氧气来(化学反应方程式在图片中可以看到)。而且,这个方法制备氧气的效率比较高,如果大家还记得初中化学的话就可以粗略计算出来,每100公斤的样品就能够制备出20-30公斤氧气。

果琳丽研究员介绍,航天五院511所已通过利用嫦娥探测器平台,应用小型反应炉,开展月面制氧试验,取得了一定成效。我国科学家有望再接再厉,未来尝试在月球上制备第一口氧气。

(图片说明:人类要开发月球基地)

不仅如此,在这个电解的过程中,还会有其他的反应产物出现,比如铁,另外电解氧化硅的话也可以得到纯度较高的硅,这些产物对于人类的工业开发也相当重要,可谓是一举两得。

为什么要在月球制氧气?

我们都知道,作为距离地球最近的天体,月球有许多得天独厚的优势,吸引着人类在这里建立基地。可是,想要建立月球基地,首先要解决许多的问题,其中之一就是氧气。

氧气是供给人类呼吸的关键,不论是任何太空任务,都不可能不考虑这个问题。如果是普通的载人太空任务,我们可以利用各种机器来制备。比如国际空间站上,就是利用电解水的原理,源源不断地给宇航员提供氧气。

(图片说明:电解水实验)

可是,如果我们要建立月球基地,情况就不一样了。首先,在这里驻留的人数可能会很多,而且还要进行大量的生产,其中很多过程都需要氧气。甚至未来人类有可能借助引力小的优势在月球建立火箭发射场,届时需要的氧气就更多了。

在这种情况下,我们就不能再利用电解水的方法了,因为它需要的水也会非常多。在月球这个严苛的环境下,水能够人类饮用就已经很不容易了,更不要说拿来制氧气了。从地球上运水也是不合理的,因为人类的火箭发射能力还没有这么强,否则就直接运氧气罐去月球了。要知道,仅仅向月球运1公斤氧气,就要花费数千美元!

所以说,想要在月球上有源源不断的氧气使用,就必须要“就地取材”。

幸运的是,虽然没有氧气,但氧元素在月球的含量是相当高的。以美国阿波罗11号的数据为例,月壤中有41.9%是二氧化硅,15.8%是氧化亚铁,13.6%是三氧化二铝,12.1%是氧化钙,还有8.2%的氧化锰以及7.6%的二氧化钛。可以说,月壤中大部分物质都含有氧元素。所以,我们只要从这些月壤中提取出氧来,就可以制备大量的氧气了。

世界各国纷纷在月球制氧

实际上,我国也并不是第一个尝试在月球表面制备氧气的国家,世界上其他一些国家也早就意识到了月球基地的重要性,并把月壤制氧看作是建立月球基地的重要环节,并投入了大量的时间和精力进行研究。

美国

比如美国,作为世界航天大国,在月球制氧方面自然不会落在后面。甚至在2005年的时候,美国宇航局还展开了一场月球制氧竞赛,作为其“百年挑战”系列活动中的一项。这项比赛的内容就是在地球上以火山灰代替月壤进行实验,在8小时内制备至少5公斤的氧气,获胜者可以赢得25万美元的大奖。

日本&以色列

今年8月的时候,日本和以色列的两家公司签署了协议,准备共同展开一项在月球上制造氧气的项目。据透露,这个项目的制氧手段和我们本次的成果一样,都是对高温熔融的月壤进行电解。二者之间没有谁抄谁的说法,毕竟电解的手段是最容易被想到的方法之一。

有没有其他方法

当然了,熔融电解绝不是唯一的方法,多年以来,科学家们已经提出了几十种不同的方法来制备氧气。

还原法:这个原理在中学就学过,利用氢气的还原性将矿物中的金属元素置换出来,并且生成水,然后再把水电解制备出氧气。同样的原理,也可以利用碳进行还原,然后再 分解二氧化碳制氧;

热裂分解法:通过更高的温度,让月壤发生热裂解直接产生氧气,但这个温度太高,需要2000-10000℃,在月球表面恐怕难以实现;

氟处理:硅酸盐可以氟化制备氧气,不过这个过程需要比较高的温度,才能让氟表现出足够强烈的腐蚀性,难度也比较大。

如今,月球已经成为了世界各国的“兵家必争之地”,谁都知道,能够首先在月球上建立优势,这个国家就能取得丰厚的回报。因此,月球制氧技术也就是迈向月球的关键一步,可见本次我国科学家研究成果的重要性。

相信大家也都听说过,今年早些时候,我国已经宣布联合俄罗斯开发月球基地,时间节点在2030年。虽然美国也有开发月球的计划,比如月球空间站Lunar Gateway,但是显然并没有和我们合作的意愿。在空间站建设方面,我国已经突破美国的封锁一次了。面对着美国在开发月球方面的封锁,我国必须要再一次取得突破,向世界证明我们的实力。

(图片说明:月球表面的著名照片——地球升起)

期待我国能够取得更多突破,早日在月球建立基地,证明航天大国的实力和地位。到那个时候,相信世界上会有更多国家和我们一起开发太空项目,共同取得突破。

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