我國嫦娥五號月壤研究又有新發(fā)現(xiàn)——中國科學(xué)院寧波材料所、中國科學(xué)院物理所等單位組成的科研團(tuán)隊，經(jīng)過3年的深入研究和反復(fù)驗證，發(fā)現(xiàn)了一種全新的利用月壤大量生產(chǎn)水的方法，有望為未來月球科研站及空間站的建設(shè)提供重要設(shè)計依據(jù)。
水是建設(shè)月球科研站及未來開展月球星際旅行，保障人類生存的關(guān)鍵資源，探尋水資源是月球探測的首要任務(wù)之一?？茖W(xué)家之前主要關(guān)注月球上自然態(tài)水資源的分布情況，前期研究結(jié)果表明，月壤玻璃、斜長石、橄欖石和輝石等多種月壤礦物中含有少量水，但這些礦物的含水量僅在0.0001%-0.02%之間，極其稀少，難以在月球原位提取利用。因此，研究探測新的月球水資源及其開采策略，無疑是未來探月工程的重點內(nèi)容。
1噸月壤有望生產(chǎn)超50千克的水
經(jīng)過深入研究和反復(fù)驗證，科研人員發(fā)現(xiàn)，月壤礦物由于太陽風(fēng)億萬年的輻照，儲存了大量氫。在加熱至高溫后，氫將與礦物中的鐵氧化物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成單質(zhì)鐵和大量水。當(dāng)溫度升高至1000℃以上時，月壤將會熔化，反應(yīng)生成的水將以水蒸氣的方式釋放出來。
經(jīng)過多種實驗技術(shù)分析，研究團(tuán)隊確認(rèn)，1克月壤中大約可以產(chǎn)生51-76毫克水。以此計算，1噸月壤將可以產(chǎn)生約51-76千克水，相當(dāng)于100多瓶500毫升的瓶裝水，基本可以滿足50人一天的飲水量。
科研團(tuán)隊通過對不同月球礦物的進(jìn)一步研究，還發(fā)現(xiàn)月壤鈦鐵礦加熱后，可以同步生成大量單質(zhì)鐵和水蒸氣氣泡，是名副其實的月球“蓄水池”。
月壤加熱過程中水和單質(zhì)鐵的形成過程以及各種主要礦物的含水量對比
基于多項研究結(jié)果，科研團(tuán)隊提出一種具有可行性的月球水資源原位開采與利用策略——
首先通過凹面鏡或菲涅爾透鏡聚焦太陽光加熱月壤至熔融。加熱過程中，月壤將會與太陽風(fēng)中注入的氫反應(yīng)生成水、單質(zhì)鐵和陶瓷玻璃。
產(chǎn)生的水蒸氣被冷凝為液態(tài)水，收集并儲存在水箱中，可以滿足月球上人類與各種動植物的飲水需要。
通過電分解水可以產(chǎn)生氧氣和氫氣，氧氣可以供人類呼吸，氫氣可以作為能源使用。
鐵可以用于制造永磁和軟磁材料，為電力電子器件提供原材料，也可用作建筑材料。
熔融的月壤也可以用來制作具有榫卯結(jié)構(gòu)的磚塊，用于建造月球基地建筑。
專家表示，該策略將為未來月球科研站以及空間站建設(shè)提供重要的設(shè)計依據(jù)，并有望在后續(xù)的嫦娥探月任務(wù)中發(fā)射驗證性設(shè)備以完成進(jìn)一步確認(rèn)。
通過加熱月壤收集月球水的原位開采與利用策略示意圖
