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歐航局開設工廠從月塵中提取氧氣 月球基地時代即將來臨?

據美國《新聞周刊》報導,1月17日,歐洲航天局((ESA)在尼德蘭(原荷蘭)西部諾德韋克的歐洲空間研究與技術中心(ESTEC)開設了一個專門的工廠,用於從月球塵埃樣本中提取氧氣。研究人員希望這個原型工廠能夠為有一天在月球上建立一個自我維持的基地打下基礎。

通過熔融鹽電解法可獲得45%左右的氧氣

據報導,根據歐洲航天局的數據,在阿波羅任務期間返回地球的月球塵埃樣本,即被稱為"表岩屑"的樣本,大約含有40%至45%的氧氣。歐洲空間研究與技術中心的科學家正在設計一種技術,可以誘使這些氧氣從塵埃中分離出來,在偶然的觀察者看來,這種提取氧氣方法看起來像是煉金術。

阿波羅11號探月任務時,人類在月球上留下的腳印(圖據《新聞周刊》)

歐洲空間研究與技術中心的氧氣提取採用一種稱為熔融鹽電解的方法,將表岩屑放入裝有熔融的氯化鈣鹽放入金屬框中作為電解質,加熱至 950°C,在此溫度下,表岩屑保持固體狀態。但是,通過它的電流會導致氧氣從表岩屑中提取出來,並通過鹽遷移到陽極上被收集。作為獎勵,這個過程還將表岩屑轉化為可用的金屬合金。

該工藝由英國Metalysis公司開發,該公司使用該技術生產金屬和合金。由於Metalysis將產生的氧氣視為不需要的副產品,因此必須對系統進行調整,以便研究人員能夠捕獲和測量從樣品中提取的任何氧氣。目前,該系統正在向排氣管中排放氧氣,但未來版本將長期捕獲和儲存這些氧氣。

曾用“山寨”月球土壤樣本研究如何取氧

據報導,2019年10月9日歐洲航天局曾宣布:“英國格拉斯哥大學的化學家貝司·洛馬克斯博士帶領的研究團隊發現了從月球表岩屑有效提取氧氣的新方法。”這一研究成果還被發表在了《星空與科學》雜誌上。

洛馬克斯在攻讀博士學位期間與 Metalysis 合作,現在她正在歐洲空間研究與技術中心利用這一概念。在接受採訪時,洛馬克斯表示:“多虧了先前月球任務帶回的月表土樣本,我們知道了月球上的含氧量相當充足。氧氣是一種極其珍貴的資源,但是它是以礦物質或者玻璃氧化物的形式和其他物質在化學上綁定在了一起,因此不是立即就能用。”

歐洲空間研究與技術中心(ESTEC)從月球表岩屑提取氧氣的工作原理(圖據《新聞周刊》)

這些土壤樣本太過珍貴而無法直接用於實驗,但擁有這些樣本意味著我們可以使用地球上的材料來複製出成分一致的土壤。這種“山寨”月球土壤被稱為模擬月表土,洛馬克斯和她的團隊用這種土壤來進行研究。

先前嘗試過提取月表土中的氧氣,比如使用氫化學還原氧化鐵來製造水,然後再電解分離出水中的氫和氧;或者通過類似的一個過程,只不過用甲烷代替了氫。但是這些技術要不就是產量低,過程又過度繁複,要不就是需要極高的溫度來讓月表土融化。洛馬克斯和同事們就跳過了化學還原的步驟,直接對粉末狀的月表土進行電解分離。

他們大約花費了50小時提取出了月表土樣本中96%的氧氣,但是有75%的氧氣是在最初15個小時內被提取出的。大約樣本中所有氧氣的三分之一是在廢氣中檢測到的,剩下的都沒了,但這對於先前技術的產量仍是一個巨大的進步。

月球或成為深太空探索的前沿基地

據報導,研究人員希望這個初始原型的成功將使他們能夠平等地探索這兩種研究途徑,最終目標是建立一個可以在月球上可持續運行的“試驗工廠”。

月球基地示意圖(圖據網絡)

歐洲航天局的結構、機制和材料部負責人湯瑪索·吉迪尼(Tommaso Ghidini)表示:“ ESA和NASA正帶著載人的任務重返月球,這次是為了留下來。因此,我們正在將工程方法轉變為系統性的就地使用月球資源。”

湯瑪索·吉迪尼還表示:“我們正與人類和機器人探索理事會、歐洲工業和學術界的同事們合作,提供頂級的科學方法和關鍵的技術,就像這個,實現人類持續留在月球上,也許有一天在火星上重現。”

另據報導,歐洲航天局 “月球村”計劃的大使伯納德·佛恩教授在2017年的一次會議上表示:“在幾十年內將有嬰兒在月球上出生,到2050年,整個家庭將加入歐洲的月球殖民地。” 他說,到2030年最初的月球定居點將有6至10位先驅者,包括科學家、技術人員和工程師,到2040年將增長到100位。他把人在月球上的擴張比喻為鐵路的發展,一開始在火車站附近發展形成村莊,隨後是企業。

紅星新聞記者 羅天 王雅林 綜合編譯報導

編輯 龔銳

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