我國(guó)嫦娥五號(hào)月壤研究又有新發(fā)現(xiàn)——中國(guó)科學(xué)院寧波材料所、中國(guó)科學(xué)院物理所等單位組成的科研團(tuán)隊(duì),經(jīng)過(guò)3年的深入研究和反復(fù)驗(yàn)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(lái)月球科研站及空間站的建設(shè)提供重要設(shè)計(jì)依據(jù)。
水是建設(shè)月球科研站及未來(lái)開(kāi)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(cè)的首要任務(wù)之一??茖W(xué)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(zhǎng)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?jī)H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(cè)新的月球水資源及其開(kāi)采策略,無(wú)疑是未來(lái)探月工程的重點(diǎn)內(nèi)容。
1噸月壤有望生產(chǎn)超50千克的水
經(jīng)過(guò)深入研究和反復(fù)驗(yàn)證,科研人員發(fā)現(xiàn),月壤礦物由于太陽(yáng)風(fēng)億萬(wàn)年的輻照,儲(chǔ)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(yīng),生成單質(zhì)鐵和大量水。當(dāng)溫度升高至1000℃以上時(shí),月壤將會(huì)熔化,反應(yīng)生成的水將以水蒸氣的方式釋放出來(lái)。
經(jīng)過(guò)多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)分析,研究團(tuán)隊(duì)確認(rèn),1克月壤中大約可以產(chǎn)生51-76毫克水。以此計(jì)算,1噸月壤將可以產(chǎn)生約51-76千克水,相當(dāng)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(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)不同月球礦物的進(jìn)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(shí)的月球“蓄水池”。
△月壤加熱過(guò)程中水和單質(zhì)鐵的形成過(guò)程以及各種主要礦物的含水量對(duì)比
基于多項(xiàng)研究結(jié)果,科研團(tuán)隊(duì)提出一種具有可行性的月球水資源原位開(kāi)采與利用策略——
首先通過(guò)凹面鏡或菲涅爾透鏡聚焦太陽(yáng)光加熱月壤至熔融。加熱過(guò)程中,月壤將會(huì)與太陽(yáng)風(fēng)中注入的氫反應(yīng)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(chǔ)存在水箱中,可以滿足月球上人類與各種動(dòng)植物的飲水需要。
通過(guò)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(lái)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(lái)月球科研站以及空間站建設(shè)提供重要的設(shè)計(jì)依據(jù),并有望在后續(xù)的嫦娥探月任務(wù)中發(fā)射驗(yàn)證性設(shè)備以完成進(jìn)一步確認(rèn)。
△通過(guò)加熱月壤收集月球水的原位開(kāi)采與利用策略示意圖
一審:韓昕栩丨二審:李艷丨三審:張偉偉
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