建造月球基地，先要制備氧氣，我國(guó)科學(xué)家如何實(shí)現(xiàn)月壤制氧？

就在2021年，我國(guó)宣布將聯(lián)合俄羅斯開發(fā)月球基地，而所選的時(shí)間節(jié)點(diǎn)就在距今不遠(yuǎn)的2030年。

說起來(lái)，距離預(yù)定開發(fā)月球基地的時(shí)間節(jié)點(diǎn)已經(jīng)不足十年，我們這一代是否真的有幸看到人類旅居月球呢？就如我們所知的那樣，月球本身并不是一顆宜居星球，而且以人類的視角來(lái)看，它的生存環(huán)境甚至可以說是極端惡劣，所以想要直接在月球表面生活是基本無(wú)望的，要想在月球上長(zhǎng)期居住就必須要建立月球基地，而在月球基地之中有一種資源是必不可少的，那就是氧氣。人每時(shí)每刻都需要呼吸，而月球本身是沒有氧氣的，那怎么辦呢？也許有人會(huì)說：“這有何難？只要參考空間站中的氧氣供給系統(tǒng)就可以了”。事實(shí)上并沒有這么簡(jiǎn)單。

包括國(guó)際空間站在內(nèi)的諸多載人航天器都采用著相似的制氧系統(tǒng)，也就是我們所熟悉的電解水制氧。

電解水制氧雖然簡(jiǎn)單，但卻無(wú)法應(yīng)用于月球基地的建造，因?yàn)樵虑蛏蠜]有水。各種載人航天器，包括空間站，都只需要為幾名宇航員提供生命所需的氧氣，因此自然可以攜帶少量的水用以制氧。而我們建造月球基地，絕不是為了讓幾個(gè)人待在月球，真正的月球基地所能夠容納的人員是非常多的，而要為這么多人提供氧氣，所需要的水量也太過龐大了。目前人類所使用的化學(xué)動(dòng)力火箭的有效載重是非常有限的，不可能將大量的水千里迢迢運(yùn)往月球，如果真要運(yùn)水，還不如直接向月球運(yùn)送氧氣更為合適。

所以月球基地內(nèi)的氧氣必須要自給自足，也就是利用月球現(xiàn)有的條件來(lái)制備氧氣，有什么辦法嗎？有的。

2021年在深圳舉辦的深空探索科學(xué)技術(shù)與應(yīng)用大會(huì)上，來(lái)自航天五院508所的果琳麗研究員詳細(xì)地向我們介紹了我國(guó)的一項(xiàng)最新成果，使用月壤來(lái)制備氧氣。月球上雖然沒有以氣體形式存在的氧氣，但含氧物質(zhì)卻很多，它們就存在于月球的土壤之中。根據(jù)已取得的月壤數(shù)據(jù)，我們知道月壤之中存在著大量的二氧化硅、氧化亞鐵、三氧化二鋁、氧化鈣、氧化錳以及二氧化鈦等等，這些都是含氧物質(zhì)。

如何才能把月壤中含氧物質(zhì)里的氧提取出來(lái)了？我國(guó)科學(xué)家所采用的是“熔融電解法”。

熔融電解法簡(jiǎn)單來(lái)講就是先加熱、再電解。熔融電解法所使用的主要原料就是月壤之中的鈦鐵礦以及氧化亞鐵，當(dāng)這些物質(zhì)被加熱到1600攝氏度到2500攝氏度時(shí)，將其通電，此時(shí)，月壤中各種元素就會(huì)被電離出來(lái)，這其中就有氧離子。被電離出的氧離子會(huì)自行相互結(jié)合，于是氧氣就形成了。這個(gè)方法聽起來(lái)并不復(fù)雜，但卻是行之有效，根據(jù)目前的計(jì)算，每100公斤月壤就可以制備出20公斤以上的氧氣，這個(gè)制氧效率可以說是非常高了。

月壤制氧只是理論嗎？當(dāng)然不。

其實(shí)利用月球土壤來(lái)制備氧氣并非我們的專利，早在2005年的時(shí)候，美國(guó)就舉辦過一次所謂的“月球制氧競(jìng)賽”，不過當(dāng)時(shí)所使用的并不是真正的月球土壤，比賽當(dāng)然也不是在月球上進(jìn)行的，當(dāng)時(shí)所使用的是成分類似的火山灰來(lái)替代月球土壤。不過這一次我們所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)有所不同，航天五院511所的科研人員通過嫦娥探測(cè)器平臺(tái)，在月球表面使用小型反應(yīng)爐真正進(jìn)行了月面制氧實(shí)驗(yàn)。當(dāng)然，熔融電解法并不是月球制氧的唯一方法，除了熔融電解法之外，另一種可行的方法就是我們比較熟悉的還原法了，在最初接觸化學(xué)的時(shí)候，我們便知道了，氫氣是一種具有還原性的氣體。

因?yàn)闅錃饩哂羞€原性，所以就可以利用氫氣將金屬元素從礦物中置換出來(lái)，并生成水，而電解水制氧是最為簡(jiǎn)單的，而且通過這一方法不僅能夠制備氧，還能夠產(chǎn)生水。

那么，相比還原法而言，熔融電解法的優(yōu)勢(shì)何在呢？有了氧氣，人類就擁有了建造月球基地的基本條件，但光有基本條件還不行，要打造月球基地，所需的資源種類和數(shù)量都是頗為龐大的，還是那個(gè)問題，火箭運(yùn)載能力有限，數(shù)量龐大的資源不可能從地球運(yùn)來(lái)，所以就得就地取材，通過熔融電解法制備氧氣，除了能夠產(chǎn)生氧之外，在電解過程中還會(huì)產(chǎn)生鐵、硅等副產(chǎn)品，而這些資源都可以應(yīng)用于月球基地的建造。

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