我國嫦娥五號月壤研究又有新發(fā)現(xiàn)——中國科學院寧波材料所、中國科學院物理所等單位組成的科研團隊,經(jīng)過3年的深入研究和反復驗證,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之一?茖W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)過深入研究和反復驗證,科研人員發(fā)現(xiàn),月壤礦物由于太陽風億萬年的輻照,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,生成單質(zhì)鐵和大量水。當溫度升高至1000℃以上時,月壤將會熔化,反應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,研究團隊確認,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。

科研團隊通過對不同月球礦物的進一步研究,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,月壤將會與太陽風中注入的氫反應生成水、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)的嫦娥探月任務中發(fā)射驗證性設(shè)備以完成進一步確認。

△通過加熱月壤收集月球水的原位開采與利用策略示意圖

(總臺央視記者 任梅梅 杜金明)

編輯:趙亞蕓
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