利用月壤自如地呼吸

杨贤碧

想象中的月球氧气工厂

人类要生存，那么基本需求就是空气、水、食物。其中，空气为先，因为人类缺氧几分钟就会死亡。因此，人类移民的首要任务是解决缺氧问题。科学家认为，人们可以利用外星土壤制造氧气。近年来，美国和欧洲的研究人员在这一领域取得了突破。他们发明了一种独特的氧气发生器，可以从类似月球土壤的火山灰中制造氧气。月球土壤含有氧气。

月壤是月球上的土壤，包括月球表面颗粒细小的月尘和月尘下颗粒略粗的沙子。在一些研究中，月球土壤还包括月球上的那些大沙子或岩石。像沙子一样从月球土壤中制造氧气，听起来有点不可思议，但理论上完全可行。月壤主要由氧化硅和其他矿物质组成，因此其中的氧原子可以被释放出来制造氧气。

自从50多年前阿波罗飞船带回月球土壤样本以来，科学家们对月球土壤进行了广泛的研究。此前，科学家主要研究月球土壤对航天器和宇航服的影响，以及月球土壤对未来月球基地的潜在影响。近年来，科学家们对月球土壤的化学成分更感兴趣。结果表明，月壤中氧元素含量很高，其质量百分比为40% ~ 45%。问题是这种氧气被锁在化合物里，不能被人直接呼吸。所以，科学家要做的就是分解这些化合物，释放氧气。欧洲科学家和他们的制氧机

氧分解后火山灰残渣的微观结构

这个假设不是风来自空洞。在月球上，很可能发生了自然化学反应，月壤分解释放出氧气。科学家们用天文望远镜观察阿波罗飞船曾经着陆的地方。通过使用特殊的过滤器，他们发现这些地方的月球土壤发出非常微弱的紫外线。之前的研究表明，外星天体上的紫外线辐射区域通常含有氧气。但是，即使包括月球在内的外星天体能够产生氧气，也是在局部地区，氧气含量极低，很难给宇航员供氧。月球氧气竞争

人类的外星梦想之一就是像传说中的嫦娥一样住在月宫里，要实现这样的梦想，就要建造大规模的月球基地。月球基地的实现和维护有很多困难，因为所有科考站需要的物资都要从地球上运过来。饮用水和食物还是可以计划的，但是氧气的消耗弹性比较大，万一短缺就会致命，所以氧气供应必须在月球上就地解决。

如果能在月球上解决氧气的供应，可能会推动未来实现载人火星之旅或其他外星探索，因为月球将是人类进行外星探索的重要中转站。因此，全世界的科学家都在研究从月球土壤中制造氧气的技术。美国曾专门针对月球制氧问题设立奖项“月壤制氧竞赛”，奖金高达25万美元，鼓励科学家寻找制氧新方法。本次大赛由NASA和佛罗里达Tai 空研究所联合主办，旨在鼓励化学工程师大胆创新技术，以利于人类在未来开拓Tai 空的新领地。类似月壤的火山灰微观结构

类似月壤的火山灰(左)和分解氧气后的残留物(右)

不过，这次美国比赛的原料并不是月壤，而是与月壤成分相似的火山灰。结果，美国宇航局的科学家成功制造了一台氧气发生器。他们测试了100克类似月球土壤的火山灰，结果得到了20克氧气。未来，美国宇航局希望将这种氧气发生器送上月球。一旦它通过了月球上的测试，它将为建立永久的月球基地扫清最大的障碍。

继美国科学家成功之后，欧洲空局的科学家也研制出了氧气发生器。而且欧洲科学家并没有像美国科学家一样对相关技术保密，而是公布了制氧的具体方法。欧洲科学家将这项新发明命名为“月球制氧机”，其核心部件是一个类似透镜的结构，可以聚焦太阳光，将火山灰加热到2500℃。在最近的测试中，“月球制氧机”将阳光聚焦在100克火山灰上，几个小时后，它成功获得了20克氧气。由于月球白天也可能经历局部高温，科学家认为之前天文望远镜观测到的月球上的微量氧气也可能是热分解的结果。未来月球基地

除了这种通过聚焦太阳光来“压榨”氧气的方法，欧洲科学家还设计了一些其他的“在月球上制造氧气的方法”。他们利用电解熔盐的方法，研制出一种“熔融制氧设备”——在熔融的氯化钙盐(其温度为950℃)中加入月壤，然后给熔融混合物通电，氧气从熔体中“汩汩”而出。在这种设备中，氯化钙的熔融盐起到了电解质的作用，主要是给加入月球土壤中的熔融混合物通电，使原本无法导电的月球土壤也能被电流分解。

那么，为什么美国科学家和欧洲科学家用火山灰而不是月球土壤做实验呢？那是因为月球土壤非常珍贵。2020年12月17日凌晨，嫦娥五号返回器携带近2公斤月壤成功返回地球，圆满完成我国首次地外天体采样返回任务。如此珍贵的月球土壤样本，自然让科学家无法做实验。在月球上建一个氧气工厂。

如果制氧技术可行，那么人们可以在月球上建造氧气工厂。这个工厂里人类工人会很少，主要是机器人忙。成千上万个机器人要做的第一件事就是挖掘。从月球上挖会比在地球上容易，因为月球的引力比地球小很多。机器人将挖掘出的月球土壤送入一个巨大的氧气发生器。这台机器“吃”月球土壤，“吐出”氧气和可用于建造月球基地的矿物质。

美国宇航局工程师埃里克·卡迪夫(Eric Cardiff)表示:“制氧技术的优势在于，我们可以在月球土壤上生活，而不会浪费地球上有限的资源。通过氧气发生器，我们可以呼吸纯氧。虽然我们生产的氧气中混合了一些其他气体，如氦气，但它们非常少，不会造成任何危险。”

参与欧洲空跨机构“氧气发生器”研究的科学家贝丝·洛马克斯(Beth Lomax)说:“月球上的氧气发生器是在月球定居的基本保障。无论是从宇航员供氧的角度，还是从生产火箭燃料的角度，如果能够从月球上发现的资源中获取氧气，对未来的月球定居者都将大有裨益。”