NASA完成关键测试：阳光直接'冶炼'月壤制造氧气，月球基地

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氧气是太空探索的命脉。每送一公斤氧气到月球，火箭需要从地球表面运输约二十公斤推进剂。这条供应链昂贵且脆弱。**如果能在月球上直接"种"出氧气，人类定居月球的可行性将发生质变。

2026年2月，NASA的Carbothermal Reduction Demonstration（CaRD）团队完成了一项里程碑测试。他们利用聚光太阳能，成功从模拟月壤中提取出氧气，并确认产生了碳 monoxide。这一突破意味着未来宇航员或许只需携带镜子和碳，就能在月球南极的阳光充足的地区建立氧气工厂。

这次测试在地球上模拟了月球南极的极端环境。研究团队搭建了一套集成原型系统：聚光器将阳光聚焦到反应器，精密反射镜追踪太阳角度，碳热还原反应器则负责化学转化。

Sierra Space公司提供了核心反应器，NASA格伦研究中心设计了太阳能聚光器，复合材料镜面应用公司制造了高精度反射镜。肯尼迪航天中心贡献了电子设备和气体分析系统，约翰逊航天中心统筹项目管理。这套"全明星"配置验证了端到端的制氧流程。

测试的关键成果在于集成验证。以往实验多在实验室用电炉加热，而CaRD首次在系统层面证明了太阳能驱动化学反应的可行性。反应产生的一氧化碳并非废料，它可以循环参与反应，或进一步转化为甲烷推进剂。

月壤并非普通土壤。它富含橄榄石、辉石和钛铁矿等矿物，氧元素含量高达40%至45%。但这些氧牢牢锁在金属氧化物晶格中，常规方法无法直接呼吸或使用。

碳热还原是破解这道锁的钥匙。该技术向高温反应器中加入碳（或碳 monoxide），在约1000至1600摄氏度下，碳夺取金属氧化物中的氧，生成一氧化碳气体。后续通过水汽变换反应或电解，就能将一氧化碳转化为纯净氧气。

太阳能聚光恰好提供了所需的高温环境，且无需携带核电池或燃料电池。月球南极的高地拥有近乎永恒的日照，这为持续生产提供了理想条件。据估算，一吨月壤可提取约100至150公斤氧气，足以支持一名宇航员生存数月。

人类对月壤制氧的探索并非始于今日。1969年阿波罗11号带回首批样本后，科学家就分析了月壤的化学成分，意识到这是一个巨大的氧矿。但受限于当时技术，这一设想长期停留在纸面。

上世纪90年代，NASA正式提出"原位资源利用"（ISRU）概念。2000年后，各种制氧技术进入地面验证阶段：氢还原法、熔盐电解法、碳热还原法并行发展。2020年代，随着阿尔忒弥斯计划推进，技术成熟度需求从实验室走向工程样机。

CaRD项目的独特之处在于能源选择的战略性。早期方案多依赖核电或蓄电池，而CaRD选择直接利用太阳能。这不仅减轻了载荷，也为火星任务铺平道路。火星大气中富含二氧化碳，同样的下游系统经改造后，可将CO2转化为氧气和甲烷，为返程火箭提供燃料。

中国科学家在这一赛道同样进展迅速。2020年嫦娥五号带回1731克真实月壤后，国内研究团队获得了前所未有的实验材料。

中科院宁波材料技术与工程研究所团队利用嫦娥五号样本，详细分析了月壤的矿物组成和还原特性。研究发现，中国采集的月壤钛铁矿含量较高，这对碳热还原极为有利。国家空间科学中心联合多家单位，建立了完整的月壤制氧工艺数据库。

在工程验证层面，中国航天科技集团五院502所等机构开展了熔盐电解制氧和碳热还原的地面试验。2023年，我国科学家提出了"月壤催化水解制氧"新路径，利用月壤中的钛铁矿作为催化剂，在较低温度下分解水制氧。这种"因地制宜"的思路与NASA的CaRD项目形成了技术路线的互补。

值得注意的是，中国正在规划月球科研站的原位资源利用系统。根据探月工程四期任务规划，未来有望在月球表面建立综合性资源利用试验装置，将制氧、制水、建筑材料制备整合为一体。这与NASA的月球南极开发计划形成了有趣的竞争与合作关系。