本报讯(记者成良田 通讯员高晓静 实习生许景博)“经过3年研究,我们发现了利用月壤大量生产水的方法。”昨日,中国科学院宁波材料所研究员王军强发布团队重大新发现,“1吨月壤有望生产超过50千克水”。
当天,相关成果以《月球钛铁矿与内源性氢反应产生大量水》为题,在线发表于国际学术期刊《创新》。
水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。前期研究表明,在月球上可能存在自然态的冰,多种月壤矿物中也含有少量水。但两者水含量都极其稀少,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。
为此,研究探测新的月球水资源及其开采策略,成为未来探月工程的重点内容。
2021年,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、哈尔滨工业大学和南京大学合作,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,科研团队发现,月壤矿物由于太阳风亿万年的辐照,储存了大量氢。在加热至高温后,氢将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,月壤将会熔化,反应生成的水将以水蒸气的状态释放出来。
经多种实验技术分析,研究团队确认1克月壤中可以产生51~76毫克水。“也就是说,1吨月壤可以产生51~76千克水,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。”王军强说。
基于月壤矿物深入研究,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,月壤与太阳风中注入的氢反应生成水、单质铁和陶瓷玻璃。水蒸气冷凝收集后,可满足人类与各种动植物饮水需要。此外,通过电分解水可以产生人类呼吸需要的氧气、作为能源使用的氢气,铁可以用于制造永磁和软磁材料,而熔融的月壤则用来制作建筑材料砖块。
王军强表示,嫦娥八号最快于2030年前发射到月球上,“希望能发射一个验证性的科研装置,在月球上做一些实验”。
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设计依据,有望在后续的嫦娥探月任务中发射验证性设备以完成进一步确认。
“令人兴奋和鼓舞人心。”《创新》期刊四位权威审稿人高度肯定月壤制水新方法,一致称其“具有重要意义”。