科学家们发明了一项新技术，可以显著提高人类在月球上长期生存的几率。该研究团队在7月16日发表于《焦耳》杂志的一项研究中详细介绍了如何从月球土壤中提取水分，并将其转化为可呼吸的氧气和用于燃料的化学成分。这项突破有望在未来的太空任务中发挥关键作用，减少从地球携带大量水和燃料的需求。
“我们从未完全想象过月球土壤拥有如此神奇的魔力，”香港中文大学（深圳）的王璐说道。“对我们来说，最大的惊喜是这种集成方法取得了切实的成功。月球水提取和光热二氧化碳催化的一步集成可以提高能源利用效率，并降低基础设施建设的成本和复杂性。”
多年来，各航天机构一直在讨论利用月球作为深空探索发射台的想法。但最大的挑战始终是如何为驻扎在月球的宇航员提供足够的必需物资，尤其是水。根据这项研究，仅将一加仑水运送到太空就需要花费约8.3万美元。考虑到宇航员通常每天需要大约四加仑水，这项后勤工作很快就会变得既昂贵又不切实际。
嫦娥五号月球土壤位于光热反应堆底部。图片来源：Sun 等人
嫦娥五号任务中分析的土壤样本提供了月球表面存在水的证据，作者认为这或许能让人类探险者利用月球的自然资源来满足自身需求，同时避免运输这些资源的成本和后勤挑战。然而，此前开发的从月球土壤中提取水的策略涉及多个耗能步骤，并且无法分解二氧化碳用于燃料和其他必要用途。
为了推进这项研究，王教授及其同事开发了一项技术，该技术可以从月球土壤中提取水分，并直接利用这些水分将宇航员呼出的二氧化碳转化为一氧化碳 (CO) 和氢气，然后用于制造宇航员所需的燃料和氧气。该技术通过一种新颖的光热策略实现了这一壮举，即将太阳光转化为热能。
科学家们利用嫦娥任务期间收集的月球土壤样本、模拟月球样本以及一个充满二氧化碳气体的间歇式反应器（该反应器利用聚光系统驱动光热过程）测试了这项技术。研究小组利用钛铁矿（一种黑色重矿物，也是已报道的月球土壤中几种水库之一）来测量光热活动并分析该过程的机制。
尽管该技术在实验室中取得了成功，但作者指出，极端的月球环境仍然会带来挑战，使其在月球上的应用变得复杂，这些挑战包括剧烈的温度波动、强烈的辐射和低重力。此外，自然环境中的月球土壤成分并不均匀，导致其性质不一致，而宇航员呼出的二氧化碳可能不足以提供他们所需的所有水、燃料和氧气。王教授表示，技术限制也继续构成障碍，目前的催化性能仍然不足以完全支持人类在地球以外环境中的生命。
作者写道：“克服这些技术障碍以及开发、部署和运营中的巨大相关成本对于实现可持续的月球水利用和太空探索至关重要。”
编译自/scitechdaily