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探月技術新發現,將從月球表面礦物中獲取氧氣

美國私營航天公司內華達山脈公司(SNC)被NASA選中,將進一步開發和研究其碳熱還原工藝,該工藝將從月球表面的礦物中獲取氧氣。

探月技術新發現,將從月球表面礦物中獲取氧氣

內華達山脈公司公司執行長法提赫·奧茲曼表示,氧氣是人類太空旅行最寶貴的資源之一,從當地太空資源中獲取氧氣對載人探索和商業航天活動將是有效和具有成本效益的。該公司的碳熱還原工藝是幾十年研究和開發工作的結果,重點是減少從地球發射的質量,大幅降低任務成本,並使低地球軌道、地月空間和火星上的長期活動成為可能。月球的開發價值在最近幾年開始慢慢被重視。一是因為在冷阱裡發現了水冰,二是火星探索的超長週期短期看來無法縮短,三是發現了幾種從月壤中製取氧氣的方式。

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目前可回收火箭可以把進入低軌道的費用降低很多,但對於高軌道甚至更遠的深空探索,卻由於第二、第三級的燃料問題卡了脖子。核電+電推的方式固然好,但會大大增加研發成本,甚至日後的使用也會比較貴,和核沾邊的都便宜不了。而且電推也需要使用工質,只是現在航天器質量比較小,停留在幾百公斤的量級所以問題不大。火星載人任務使用的大功率可變比衝電推,就需要很多工質了。那麼很自然的,開發月球就是解決這些問題的必經之路了,因為月球有很重要的氧資源。其實在火箭的推進劑組成中,氧才是佔了大頭。氫氧構型的火箭中,每1噸液氫就需要8噸液氧。甲烷火箭的推進劑中,每1噸甲烷就需要4噸液氧。

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目前月壤制氫有幾種辦法,基本上都可以歸結為用光熱加熱月壤,然後利用還原劑或是電解作用把氧氣從月壤溶液中分離出來。這些辦法並不存在根本性的原理障礙,只有效率問題。好就好在月球的南北極光照資源非常豐富,可以很大程度抵消能源低效問題。

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如果月球製氧問題可以解決,那麼發往月球的主要基礎資源甚至可以只有石蠟或石墨。因為高碳石蠟是固態,化學性質穩定,非常便於運輸。石墨本身也可以作為比較好的還原劑,方便製氧,而且月球本身也可以開發出水冰,就算開發不出水冰。那麼可能只要星艦的幾次降落,上百噸的石蠟或者石墨就可以讓月球基地擁有近千噸的水和有機物,足夠一個幾十人規模的探索團隊和初期的基礎設施建設了。月球製氧除了供本地基地使用和作為深空探索的推進劑外,還有一個很重要的作用——月球提取金屬。月壤是非常理想的礦產,它微小松散易於開採冶煉。在南北極其實就存在富含鐵鋁的月壤,把氧分離後,剩下的金屬提純就容易了很多。如果能批次產鋁的話,就可以製造出鋁熱火箭,足以讓人類脫離月球了。