记者 成良田 通讯员 高晓静

实习生 许景博

在距离地球38万千米的月球吕姆克山脉上，一个月球科研站附近，一块巨大的凹面镜正聚焦太阳光，不断加热月壤至熔融，月壤与太阳风中注入的氢反应生成水，收集水蒸气并在水箱中储存液态水，供人类和各种动植物使用，同时通过电分解水，产生人类呼吸所需要的氧气，铁用来制造永磁和软磁材料，熔融的月壤用来制作砖块……

这不是科幻电影，更非异想天开，而是中国科学院宁波材料所等科研团队基于3年深入严谨的科学研究，提出的月球水资源原位开采与利用策略。

昨日，这一重磅研究成果在国际学术期刊《创新》上发表，该文章提出一种基于高温氧化还原反应生产水的方法，有望为未来月球科研站及空间站的建设提供重要设计依据。

新方法：1吨月壤可制备出100多瓶水

水是生命之源，是建设月球科研站及未来开展月球星际旅行、保障人类生存的关键资源。因此，探寻水资源是月球探测的首要任务之一。

之前，科学家主要关注月球上自然态水资源的分布情况。近年来，通过对嫦娥五号月壤研究表明，月壤玻璃、斜长石、橄榄石和辉石等多种月壤矿物中含有少量水，但含量稀少，一般只占月壤重量的百万分之几，难以在月球原位提取利用。

因此，研究探测新的月球水资源及其开采策略，无疑是未来探月工程的重点内容之一。

为此，中国科学院宁波材料所研究员王军强带领团队与中国科学院物理所、航天五院钱学森实验室、松山湖材料实验室和南京大学合作，于2021年承担了嫦娥五号月壤首批研究任务。

经过3年的深入研究和反复验证，科研人员发现，月壤矿物由于经受太阳风亿万年的辐照，储存了大量氢。在加热至高温后，氢与矿物中的铁氧化物发生氧化还原反应，生成单质铁和大量水。当温度升高至1000℃以上时，月壤熔化，反应生成的水以水蒸气的方式释放。

研究团队确认，1克月壤中可以产生51毫克至76毫克水（即5.1%至7.6%）。以此计算，1吨月壤可以产生51千克至76千克水，相当于100多瓶500毫升的瓶装水，基本可以满足50人一天的饮水量。

新发现：月壤矿物固溶的氢是产生水的关键

1克月壤产生51毫克至76毫克水，这是针对全部月壤的。实际上，不同月球矿物中含氢量并不相同，产生的水量也不同。

研究发现，在钛铁矿、斜长石、橄榄石、辉石、月壤玻璃这五种月壤主要矿物中，钛铁矿含氢量最高，其次是斜长石和月壤玻璃，钛铁矿的含氢量大约是斜长石的3.5倍、月壤玻璃的10倍。

“如果筛选钛铁矿制水，产水量会更高。”王军强说。不过，他表示，目前还没有发现好的方法来筛选不同矿物。

有意思的是，同样的实验发现，对地球上的同种矿物加热后，则不会生成单质铁和气泡。“这进一步证明了月壤矿物中固溶的氢是产生水的关键。”王军强解释。

月壤钛铁矿为什么能够储存大量的氢？科研人员发现，与地球上的钛铁矿相比，月壤钛铁矿原子间距由于氢的存在显著增大。“每个钛铁矿分子可以吸附4个氢原子，是名副其实的月球‘蓄水池’。”王军强说。

新策略：具有可行性的月球水资源开采与利用

月壤制水新方法，对月球水资源利用有何帮助？

基于以上研究结果，科研团队提出一种具有可行性的月球水资源原位开采与利用策略。

首先，通过凹面镜聚焦太阳光加热月壤至熔融。加热过程中，月壤会与太阳风中注入的氢反应生成水、单质铁和陶瓷玻璃。

随后，产生的水蒸气冷凝并被收集在水箱中，这可以满足月球上人类与各种动植物的用水需要。

接着，通过电分解水可以产生人类呼吸所需要的氧气，以及可以作为能源使用的氢气。

此外，铁可以用于制造永磁和软磁材料，为制造电力电子器件提供原材料。

熔融的月壤也大有用处，可以用它来制作具有榫卯结构的砖块，用于建造月球基地建筑。

中国科学院院士、材料物理学家汪卫华认为，该策略将为未来月球科研站及空间站建设提供重要的设计依据，并有望在后续的嫦娥探月任务中发射验证性设备完成进一步确认。