我国科学家如何实现月壤制氧?要建造月球基地,要先制备氧气


来源:安徽新闻网 作者:安徽新闻 发布时间:2021-11-15 11:46:32


  就在2021年,中国宣布将与俄罗斯联合开发月球基地,选定的时间节点是在不远的2030年。


  说起来,月球基地的预定开发时间节点还不到十年。我们这一代人真的有幸看到人类生活在月球上吗?正如我们所知,月球本身并不是一个宜居的星球,从人类的角度来看,它的生活环境甚至可以说是极其恶劣的,所以直接生活在月球表面基本上是无望的。如果你想长期生活在月球上,你必须建立月球基地,而月球基地中有一种资源是必不可少的,那就是氧气。人们每时每刻都需要呼吸,月球本身没有氧气。我该怎么办?也许有人会说:这有什么困难?只需参考空间站的供氧系统即可。其实没那么简单。


  包括国际空间站在内的许多载人航天器都采用类似的制氧系统,即熟悉的电解水制氧。


  电解水制氧虽然简单,但由于月球上没有水,不能应用于月球基地的建设。包括空间站在内的各种载人航天器只需要为几名宇航员提供生命所需的氧气,所以他们自然可以携带少量的水来制造氧气。我们建立月球基地绝不是为了让几个人呆在月球上。真正的月球基地可以容纳很多人,为这么多人提供氧气需要太多的水。目前,人类使用的化学动力火箭的有效载荷非常有限。千里迢迢运送大量水是不可能的。如果你真的想运送水,最好直接向月球运送氧气。


  因此,月球基地的氧气必须自给自足,即利用月球现有的条件制备氧气。有什么办法吗?


  有的。


  在2021年在深圳举行的深空探索科技与应用大会上,来自航天五院508所的果琳丽研究员向我们详细介绍了中国的最新成果,月壤制备氧气。虽然月球上没有以气体形式存在的氧气,但它们含有大量的氧们存在于月球的土壤中。根据已获得的月壤数据,我们知道月壤中有大量的二氧化硅、氧化亚铁、三氧化二铝、氧化钙、氧化锰和二氧化钛,都是含氧物质。


我国科学家如何实现月壤制氧?要建造月球基地,要先制备氧气


  月壤中含氧物质中的氧气如何提取?中国科学家采用熔融电解法。


  简单地说,熔融电解法是先加热,再电解。熔融电解法中使用的主要原料是月壤中的钛铁矿和氧化亚铁。当这些物质被加热到1600摄氏度到2500摄氏度时,它们被通电。此时,月壤中的各种元素将被电离,其中有氧离子。电离氧离子会自行结合,形成氧气。这种方法听起来并不复杂,但它是有效的。根据目前的计算,每100公斤每月可以制备20公斤以上的氧气,可以说是非常有效的。


  月壤制氧只是理论吗?


  当然不。


  事实上,利用月球土壤制备氧气并不是我们的专利。早在2005年,美国就举办了所谓的月球制氧大赛。然而,当时并没有使用真正的月球土壤。当然,比赛不是在月球上进行的。当时,火山灰用类似的成分代替月球土壤。然而,这次我们进行了不同的实验。航天五院511所研究人员通过嫦娥探测器平台,在月球表面使用小反应炉进行月球表面制氧实验。当然,熔融电解并不是月球制氧的唯一方法。除了熔融电解,另一种可行的方法是熟悉的还原方法。当我们第一次接触化学时,我们知道氢是一种还原气体。


  由于氢是还原的,金属元素可以用氢代替矿物产生水,电解水制氧是最简单的,这种方法不仅可以制备氧气,还可以产生水。


  那么,与还原法相比,熔融电解法有什么优势呢?有了氧气,人类就有了建设月球基地的基本条件,但光有基本条件是不够的。要建设月球基地,所需的资源种类和数量相当大。还是那个问题,火箭的运载能力有限,大量的资源无法从地球运输,所以要当场取材,通过熔融电解制备氧气。除了产生氧气,电解过程中还会产生铁、硅等副产品。



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