太神了！月壤中的二氧化碳能制氧和火箭燃料，我国已开展试验

“林立的殖民建设基地在月球表面拔地而起，庞大的星际飞船在地-月空港码头往来不绝，人们尽情地在月球上呼吸着氧气，享受着取之不竭、用之不尽的氦-3能源……”这不是空想，这是可以预见的月球城市的未来画面。2022年5月5日，国际学术期刊《焦耳》的一篇文章称：科学家们研究发现月球土壤中的二氧化碳竟然可以作为制氧和生产火箭燃料的原材料，这意味着开发月球在理论上已经有了良好的能源和氧气保障。

能制造氧气和燃料的月壤

这些年来，随着我国综合国力的快速上升，我国航天技术逐渐走在了一些发达国家的前面，成功研制并发射了中国人自己的登月航天器，并一举带回1731克月球样品。2020年12月17日1时，携带着珍贵月壤的嫦娥五号返回器顺利地降落在了内蒙古市四子王旗，随后研究人员迅速对此次带回的月壤样本开始了加班加点的试验研究。不久后，实验有了突破性进展并传出了一个令人振奋的好消息：月壤中的二氧化碳可以用于制造氧气和火箭燃料。

对于这个惊人的消息，实验负责人在一本科学杂志上详细地进行了说明。原来在科学家们的实验验证下，新技术可以将月壤中的二氧化碳和宇航员自身释放的二氧化碳和水收集起来，运用一系列的化学反应将其转化为氧气继续为航天服和舱室供氧，甚至转化为甲烷等碳氢化合物为包括火箭、发射台和采矿作业车在内的月球基地设施供能。

月壤被证明可以制造氧气和火箭燃料的消息迅速得到了国外专家的关注，美国的国家航天局负责人比尔•尼尔森就曾表示希望分享嫦娥五号带回的月壤样本。因为此次嫦娥五号采集月壤的区域位于月球风暴洋北部附近，比此前阿波罗系列飞船采集月壤的月海区域更“年轻”，相应地也更具实验价值，美国希望能获得月壤制氧、制造燃料的最新数据。种种迹象表明此次月壤相关试验在航天界和科研领域都产生了巨大影响，国内外的一些学者也对试验结论提出了质疑和补充。

比如要想大批量地制造氧气和能源，仅仅依靠月壤中的二氧化碳和宇航员自身释放的二氧化碳和水是远远不够的，那么月球上还有什么地方有水或者二氧化碳吗？中科院地质与地球物理研究所对嫦娥五号带回的月壤细致地研究后就表示，月壤中除了有二氧化碳，还有0.012%到0.018%的水分子或者羟基的，这意味着在1吨月壤中大约含有120克以上水分子成分，这些水分子或者羟基经过简单处理后就能变成液态水。而工程人员又可以通过分解水的方式来获得氧气、氢气，以满足宇航员呼吸以及飞船推进剂的需要。

我国迅速开展相关试验

为了进一步验证和计算利用月壤中的二氧化碳制氧和制造燃料的可行性，我国科学家们又进行了一系列的科学试验。目前，航天五院511所已经通过在嫦娥探测器平台搭建的小型反应炉进行了多次月面制氧试验，获得了大量的关键性数据，并验证了很多之前的技术性猜想。随着试验数据被传回分析，我国科学家们终于得出结论：月面制氧在技术上是可行的且发展前景很好。

在第一阶段的探索性试验中，研究人员还在月球土壤中发现了大量的铁和钛元素晶体矿物，这两种物质在阳光下可以作为催化剂参与到二氧化碳制氧和制造燃料中去。科学家们还发现，如果将月壤熔融后塑成纳米结构材料来利用会更加高效，因为月壤不仅疏松多孔，其表面还有着丰富的囊泡结构，这些特征可以大大提高月壤自身的催化性能。

除了直接利用月壤中的二氧化碳制造必需品外，中国研究人员还在考虑其他的月壤利用方式。在确定月壤中碳氢元素的成分足够制造氧气和能源后，我国科研人员继续探索对月壤的深层次开发。在一次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最新的月壤熔融制氧技术，这种技术可以将月壤或月岩加热到熔融状态后进行电解来制造氧气。

熔融法制氧的效率很高，成品率甚至可以达到20%至30%，而且原料的成本更是低廉到不可想象，仅需要几乎取之不竭的月壤或者月岩，如果这项技术能够被完善后投入运用，搭配前文提到的二氧化碳制氧将会大大减少从地球运输物资的高昂开销。不仅如此，熔融制氧还会有纯度较高的硅、铁等单质材料产出，这些副产品完全可以运用到太空站或者飞船建造中去。

其实除了用于生产氧气、能源外，研究还发现月壤中含有一种珍贵的能源物质，它就是著名的氦-3。作为一种理想的核聚变燃料，氦-3放能时辐射小、能量高，是人类理想中的未来能源。不幸的是，地球上仅有500公斤左右氦-3储备，远远不够大范围的能源使用，于是人们就把目光投向了头顶的月亮。因为氦-3的来源是太阳风，而月球在亿万年的时间里从太阳风中储备了大量氦-3。如果人类能在月球上实现氦3的长期开采，那么人类将再也不会为能源而苦恼。

前景美好的月球基地

现在，中国科学家们针对月壤成分、用途的研究获得了很多突破性的成果，这些的研究成果意义重大，甚至可能改变未来人类殖民外星的太空格局。

在过去，每次航天飞船的发射与返程都要消耗巨大的能量来克服大气摩擦力和星球引力，这意味着航天飞船上数十吨的载荷会被浪费在发射燃料上。如果能够在月球上利用月球资源来生产氧气和能源，就可以将航天飞船上更多的空间空余出来搭载航天员和试验仪器。而中国科学家们的研究已经解决了这一顾虑，甚至为将来的“地-月”航行甚至“地-月-火”星际航行提供了多个可持续性的氧气、能源生产技术方案。如果这些技术能顺利落实，我们一定能够看到人类航天产业的爆发式发展。

中国人一直对开发土地有着独特的情怀，现在这种情怀延伸到了月壤之上，也许将来还要继续开发火星、金星的土壤，这种热爱将会一直向远方延伸，没有尽头直至星辰大海。

参考资料：
Soil on the moon could be used to convert carbon dioxide into oxygen and ROCKET FUEL to power future missions to Mars by Sam Tonkin May 5. 2022
Lunar Soil Can Be Used To Generate Oxygen and Fuel for Moon Astronauts by CELL PRESS MAY 7.2022

作者：山上的雾 校稿编辑：李子