欧洲航天局开设“制氧厂”，从月尘中提取氧气

感兴趣的话，可以关注我的微信公众号“NASA之光”，每天更新精彩内容！带你了解航天领域的最新动态，揭秘航天成就背后的精彩故事，学习航天技术的相关知识，一起探索宇宙、发现未来！

1月17日，欧洲航天局（(ESA）在尼德兰（原荷兰）西部诺德韦克的欧洲空间研究与技术中心（ESTEC）开设了一个专门的工厂，用于从月球灰尘样本中提取氧气。研究人员希望这个原型工厂能够为有一天在月球上建设一个自我维持的基地打下基础。

凭据欧洲航天局的数据，在阿波罗任务期间返回地球的月球灰尘样本，即被称为"表岩屑"的样本，约莫含有40%至45%的氧气。欧洲空间研究与技术中心的科学家正在设计一种技术，可以诱使这些氧气从灰尘中分散出来。

ESTEC的氧气提取的氧气提取是一种称为熔融盐电解的方法，将月壤放入装有熔融的氯化钙盐放入金属框中作为电解质，加热至 950°C，在此温度下，月壤保持固体状态。可是，通过它的电流会导致氧气从表岩屑中提取出来，并通过盐迁移到阳极上被收集。作为奖励，这个历程还将月壤转化为可用的金属合金。

2019年10月9日欧洲航天局曾宣布：“英国格拉斯哥大学的化学家Beth Lomax博士领导的研究团队发现了从月球表岩屑有效提取氧气的新方法。”这一研究结果还被揭晓在了《星空与科学》杂志上。

事实上，这种熔盐电解法是由英国Metalysis公司为生产商用金属和合金而开发的。Beth的博士研究中涉及到该公司研究的方法。

由于氧气的出现被认为是金属分解过程中不需要的副产品，因此必须调整系统，以便研究人员能够捕获和测量从样品中提取的任何氧气。目前，该系统正在向排气管排放氧气，但未来的版本将捕获并长期储存氧气。

Beth解释道：“在Metalysis公司，这一过程产生的氧气是一种不需要的副产物，以二氧化碳和一氧化碳的形式释放，这意味着反应器本身不是用来产生氧气的。所以我们不得不重新设计ESTEC的版本来测量氧气。实验室团队在安装和安全操作方面提供了很大帮助。”

制氧厂是静音运行的，反应过程中产生的氧气暂时排入排气管，但在未来系统升级后会被储存起来。

ESA的研究员亚历山大·梅里西斯（Alexandre Meurisse）补充道：“生产过程中会留下一堆不同的金属。这也是一个不错的研究方向，去研究用这些金属可以生产出哪些最有用的合金，以及它们可以用于什么用途。比如，它们是可以直接3D打印，还是需要进一步加工？金属的精确组合将取决于月壤的获取位置，这将存在显著的地方差异。”

该研究的最终目标将是设计一个可以在月球上可持续运行的“试点工厂”，并于本世纪20年代中期进行首次技术演示。

未来的月球基地

英国格拉斯哥大学的Beth Lomax评论道：“拥有一个专门的工厂，我们可以专注于氧气的生产，并使用质谱仪测量从月球土壤模拟材料中提取的氧气。”通过网络和合作计划，欧空局资助了贝丝的博士研究，并利用先进的空间应用的学术研究。

Lomax表示：“多亏了先前月球任务带回的月表土样本，我们知道了月球上的含氧量相当富足。氧气是一种极其珍贵的资源，可是它是以矿物质或者玻璃氧化物的形式和其他物质在化学上绑定在了一起，因此不是立刻就能用。能够从月球上发现的资源中获取氧气，显然对未来的月球定居者非常有用，无论是呼吸还是当地火箭燃料的生产。”

ESA的研究员亚历山大·梅里西斯（Alexandre Meurisse）补充道：“现在我们有了可以运行的设备，通过微调它们，比如降低工作温度，我们最终可以设计出另一个版本的操作系统，有朝一日将在月球上运行。”

月壤中的氧化物和金属

从月球表面采集的样品证实，月球土壤由40%~45%的氧化物组成，它们是月球上最丰富的元素。但是氧与矿物或玻璃形式的氧化物化学结合，所以不能直接使用。

这些土壤样本太过珍贵而无法直接用于实验，但拥有这些样本意味着我们可以使用地球上的质料来复制出身分一致的土壤。这种“山寨”月球土壤被称为模拟月表土，Lomax和她的团队用这种土壤来举行研究。

月尘模拟物质的微观图像

先前实验过提取月壤中的氧气，好比使用氢化学还原氧化铁来制造水，然后再电解分散出水中的氢和氧；或者通过类似的一个历程，只不过用甲烷取代了氢。可是这些技术要不就是产量低，历程又过分繁复，要不就是需要极高的温度来让月壤融化。洛马克斯和同事们就跳过了化学还原的步骤，直接对粉末状的月表土举行电解分散。

他们花费了50小时提取出了月壤样本中96%的氧气，有75%的氧气是在最初15个小时内被提取出的。样本中所有氧气的三分之一是在废气中检测到的，剩下的都没了，但这对于先前技术的产量仍是一个巨大的进步。

模拟月尘中的氧气提取

ESA结构、机械和材料部门负责人托马索·吉迪尼（Tommaso Ghidini）说：“ESA和NASA将合作重返月球，并在月球上停留一段时间。因此，我们正在将我们的工程方法转变为对月球资源的系统利用。我们正在与人类太空飞行和机器人探索委员会的同事，欧洲工业和学术界提供顶级的科学方法和关键的使能技术，比如这种制氧方法，以实现人类在月球上的可持续生存，并且有一天可能会应用到火星上。”

感兴趣的话，可以关注我的微信公众号“NASA之光”，每天更新精彩内容！带你了解航天领域的最新动态，揭秘航天成就背后的精彩故事，学习航天技术的相关知识，一起探索宇宙、发现未来！