月球上的厨师将“烹饪”岩石来制造空气和水

据悉，美国国家航空航天局（NASA）推迟了他们的阿耳特弥斯（Artemis）登月计划，但这并不意味着重返月球的日子不会很快到来。世界各地的航天机构都把目光投向了我们的这颗岩石卫星。但是，无论谁到达那里，如果他们计划在月球上持续存在，他们都将需要利用就地资源。

我们都知道，氧气和水是宇航员在月球上需要的首要资源。目前，一个由工程师和科学家组成的团队正在研究如何“烹饪”月球上的岩石，并从中获取至关重要的氧气和水。他们在2021年欧洲行星科学大会上展示了他们的成果。

来自米兰理工大学的米歇尔·拉瓦尼亚（Michèle Lavagna）教授领导了这项实验。包括欧空局和意大利航天局在内的公司和机构组成的财团是这项工作的幕后推手。拉瓦尼亚教授展示了他们在EPSC2921实验室的工作。

当我们谈到月球土壤时，我们通常指的是月球风化层，这是覆盖在月球表面的一层灰尘。也正是这一层灰尘，曾让阿波罗宇的航员感到非常困扰，因为它们找到了进入登月舱的途径，堵塞了机械装置，干扰了仪器。灰尘构成了一种持续存在的危害，各个航天机构仍在努力减轻这种危害。但是，同样的灰尘也是一种重要的资源。

上图：一名阿波罗17号宇航员在月球风化层中挖掘，以研究月球尘埃的力学行为。

实际上，月球风化层中有大量的氧，因为氧很容易与其他元素发生反应，尤其是第一族元素。月球土壤富含氧化物，特别是二氧化硅、氧化铁、氧化镁等。根据欧洲航天局的说法，大约50%的月球土壤是铁和二氧化硅，这些化合物中大约26%是氧气。那么，什么是关键呢？就是要把氧气弄出来。

拉瓦尼亚教授演示了一种在地球上的工业应用中经常使用的两步过程。首先，模拟的月球风化层在氢气和甲烷的存在下蒸发，然后用氢气冲洗。熔炉将矿物质加热到1000摄氏度，将它们直接从固体变成气体。通过这样做，矿物质就跳过了液相，使整个过程更简单。

然后，气体和剩余的甲烷进入催化转换器，冷凝器将水分离。之后，水解分离氧气，系统回收氢气和甲烷副产品。

多年来，工程师和科学家一直致力于在月球上开采原生（就地）资源。一种方法是使用熔盐电解来提取氧气。这种方法是从采矿中改良而来的，它还能从月球风化层中生产有用的金属合金。

但据拉瓦尼亚教授说，这种新工艺的关键特征之一是，它几乎是不干涉的。

拉瓦尼亚教授表示：“我们的实验表明，这种新工艺是可扩展的，可以在几乎完全自我维持的闭环中运行，不需要人为干预，也不会堵塞。”

该团队仍在努力优化流程，以期待最终的测试。他们正在考虑炉子温度、洗涤的长度和频率、混合气体的比例以及土壤批次的大小。到目前为止，他们已经了解到，小批量的土壤在结合最高的温度和长时间的洗涤阶段时能产生最大的产量。

该系统还会产生二氧化硅作为副产品。它还能生产金属，在进行进一步加工后成为重要的就地资源。

在月球上能拥有高效的水和氧气生产设施，是人类探索和直接在月球上进行高质量科学研究的基础。这些实验室实验加深了人类对这一过程每一步的理解。这不是故事的结局，但却是一个很好的起点。

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！