美国月壤“提氧-副产金属”技术路线最新进展及对我国的启示

导言：月壤作为月球最丰富的原位资源，其含有的氧元素与金属成分是支撑月球长期驻留的核心物质基础。美国围绕月壤“提氧-副产金属”技术的研发进展，为我国月球基地建设及深空资源利用战略提供了重要借鉴。

关键词：月壤 “提氧-副产金属” 熔融月壤电解(MRE) 碳热还原技术 月球原位资源利用(ISRU)

图1 地球土壤与月球风化层对比信息图

一、美国月壤“提氧-副产金属”技术路线最新进展

美国聚焦氧-金属联产核心目标，通过产学研协同、多技术路径并行的研发模式，推动技术从实验室走向工程化验证，在核心技术突破、系统集成配套等方面取得多项进展。

1.核心技术路线及验证突破

(1)熔融月壤电解(MRE)

熔融月壤电解(MRE)是NASA(美国国家航空航天局)定义的高风险、高性能月壤资源利用技术，通过高温熔融与通电可同步分离氧气和铁、硅、铝等金属，兼具高产率与规模化潜力，是美国重点布局的核心技术路线。

美国月球资源公司(Lunar Resources)在美国肯尼迪航天中心(Kennedy Space Center)模拟月球环境中，完成25kg高地月壤模拟物真空电解试验，试验总时长36小时、电解阶段24小时，氧气产量达到理论预期值，同时产出可用于分析的金属与熔渣副产物。美国蓝色起源公司(Blue Origin)以MRE技术为核心推进Blue Alchemist项目，目标实现月面月壤到氧气、金属材料的转化，并进一步制造太阳能电池与电力传输导线，目前该项目已完成关键设计评审，计划2026年内开展地面模拟月面环境的系统级测试。此外，MRE技术还具备地面转化价值，可应用于清洁钢铁生产领域，已获得美国能源部资金支持，并与地面工业界建立合作，实现地月技术双向赋能。

图2 NASA在真空高温条件下开展熔融月壤电解(MRE)相关地面试验

图3 美国蓝色起源公司(Blue Origin)“Blue Alchemist”项目工艺产

图3 美国蓝色起源公司(Blue Origin)“Blue Alchemist”项目工艺产物示例：金属/硅/玻璃等

(2)碳热还原技术

在产业协同方面，NASA通过“临界点(Tipping Point)”等商业化技术成熟资助机制，与美国西锐航天公司(Sierra Space)共同推进碳热还原原型反应器及其加热/供能等关键子系统开展集成验证与工程化成熟，从而降低后续月面演示风险。

图4 NASA约翰逊航天中心(JSC)碳热还原演示(CaRD)试验舱：高功率激光器与反应器

(3)其他关键技术路径

为满足月壤资源开发的技术多样性需求，NASA同步推进多条差异化技术路线，覆盖不同月球区域资源特性。

氢/一氧化碳(H2/CO)还原技术

该技术路线适配赤道月海月壤特性，技术成熟度已达TRL 5。其核心可行性验证于2008年完成——美国洛克希德・马丁公司(Lockheed Martin)与约翰逊航天中心(JSC)分别研制两套面包板系统，在夏威夷完成类月海模拟物地面验证，成功验证技术原理与概念操作流程;此后，该技术持续迭代优化，其中美国Pioneer Astronautics公司(现更名为Redwire公司)开发的MMOST系统，进一步实现月壤分选、制氧与金属提取的一体化集成，将该技术与实际应用场景深度结合，延续其技术实用性与发展潜力。

真空蒸发/热解技术

目前处于TRL4阶段，正通过低温蒸馏分离、电磁分离提纯、固体氧化物输氧等多方向优化性能，核心目标是提升氧提取效率与产物纯度，相关研发依托企业自主研发及风险投资推进。

盐酸还原-熔盐电解联用技术

在Lunar Forge(月球熔炉)挑战赛中完成实验室关键步骤验证，证实其对月球高地斜长岩的金属提取潜力，技术同样具备地月双重应用价值，可借鉴其工艺优化地面金属冶炼流程，目前通过公私合作模式持续推进工程化研发。

2.系统集成与配套技术支撑

(1)MMOST集成化系统

NASA资助的“月球到火星氧气与钢材技术”(MMOST)是面向“制氧+制铁/钢”的一体化集成探索。系统通常以粒度分级与选矿/富集(可包含电磁分选等)提升富铁矿物比例为前端基础，在此之上采用H2/CO还原将月壤中金属氧化物还原为金属铁/合金等产物，并通过水电解等环节制取氧气并回收还原剂，金属产物进一步经熔炼/精炼获得可用的铁/钢材形态。公开信息显示，该体系仍以实验室/原型与模块级集成为主，面向工程化应用仍需在连续运行、能量系统匹配、耐久性与自动化运维等方面进一步验证。

图5 MMOST概念流程(氢还原—电解闭路循环)：月壤制氧与制铁/铁基材料联产

(2)探测-开采-输送协同体系

美国高度重视资源探测与原料保障的闭环构建，强调“遥感选址-就位验证-采掘/输送工艺”的全链路协同。在资源先期预判层面，依托轨道遥感与极区永久阴影区环境模型开展分析;在采掘运输验证层面，通过地面模拟试验与挑战赛进行工程化验证。其中，NASA探测用原位资源利用有效载荷(IPEx)原型机地面模拟验证指标为5天完成10吨月壤采掘转运，“11天完成同等任务量”为工程化阶段参考目标，同步验证百米级运输能力;“月球破冰”挑战赛则以“24小时持续作业完成800kg含冰/挥发物模拟月壤的开采与交付，并完成500米级运输”为目标，检验系统能力与能效、质量约束下的方案可行性。极区就位探测方面，VIPER项目计划调整后转向商业交付路径推进，具体发射与部署以NASA官方更新为准。

3.关键路线成熟度对比

根据NASA 2025年5月发布的资料，其月壤“提氧-副产金属”核心技术的TRL等级呈现阶梯化特征，主流技术路线已进入工程化验证前期阶段，具体如下表所示：

表 NASA月壤“提氧-副产金属”关键技术TRL等级对比表

二、我国的启示

面向月面长期驻留需求，我国可借鉴美国相关模式，推动月壤“提氧-副产金属”技术从机理研究迈向系统验证，按三阶段推进，建立统一指标与开放平台，实现技术可迭代、可工程化迁移。

1.构建全链条技术体系，布局多元技术路线

立足嫦娥任务已取得的月壤研究基础，打破单一技术攻关局限，同步推进月壤开采、输送、提取、加工全链条技术研发;针对月球不同区域的资源特性，差异化布局熔融电解、还原法、热解法等技术路线，补齐原料供给等环节的技术短板，形成“多条技术路线并行、各环节配套支撑”的技术体系，提升技术容错率与规模化应用潜力。

2.强化探测和研发协同，建立高精度资源数据库

依托嫦娥七号/八号任务，开展月球南极水冰与矿物成分的精细化就位探测，获取不同区域月壤的矿物组成、含量分布等关键数据，建立高精度月球资源数据库;推动探测数据与提氧-金属提取工艺研发的深度联动，根据实际资源条件优化工艺参数，避免研发与月球实际资源环境脱节，降低后续技术落地的适配风险。

3.攻关低能耗绿色工艺，实现地月技术双向赋能

结合我国月球基地以太阳能供电为主的规划，聚焦月面能源供应约束问题，重点攻关低能耗提取技术，优化工艺热利用效率与核心部件(如电极)材料性能;探索月壤ISRU技术与地面清洁冶金、金属冶炼产业的融合路径，将月球技术研发的工艺、核心原理应用于地面绿色制造，通过地月技术双向赋能降低研发成本，实现“深空研发反哺地面产业”的良性循环。

4.发展模块化自动化系统，适配月面极端环境

采用模块化设计理念研发月壤资源利用设备，提升设备的月面部署灵活性、维护便捷性与系统兼容性，适配从初期小规模验证到大规模基地建设的不同需求;重点研发自主开采、智能输送与工艺操作机器人，攻克低重力、高真空、强辐射环境下的无人化运行技术，提升设备自主运行可靠性，减少对地面操控的依赖。

5.挖掘金属高附加值利用，构建资源利用闭环

突破月壤提取金属的粉末制备、成型加工，以及月球建材原位成型等关键技术，推动提取的氧、铁、硅、铝等产物向月面生命保障、基地结构建设、能源设备制造等领域延伸;构建“月壤资源-提取材料-原位应用”的闭环体系，提升原位资源利用的综合效益，为月球基地自主建设与长期驻留提供核心物质支撑。

6.深化产学研与国际合作，提升技术转化与国际话语权

建立类似NASA SBIR(小企业创新研究计划)、STTR(小企业技术转移计划)的产学研协同研发机制，通过资金支持、项目招标等方式鼓励企业参与月壤ISRU技术研发与工程化转化，发挥企业在技术落地、产业配套中的优势，加速技术从实验室到工程化产品的迭代;依托国际月球科研站倡议，积极参与月球原位资源利用的国际标准制定，加强与国际伙伴的技术、数据共享，在引进先进研发经验的同时，提升我国在深空资源利用领域的国际话语权。(北京蓝德信息科技有限公司)

参考文献

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