中國開發月球取得了革命性的成功,月攘取水技術成為現實
1969年7月21日,阿波羅11號在月球表面著陸首批重達21.6千克的月球表面樣本被帶回了地球。正是因為這批樣本,「月球是乾燥的」成為了人們的共識。此後,1969年至1972年採集的阿波羅382kg樣品的研究表明,月壤中未發現任何含水礦物。此後,月球不含水成為月球科學的基本假設,這對認識月球火山演化、月地起源等問題產生了重要影響。
近年來,依賴於微量分析技術的進步,國外的科學家們在月球樣本中檢測到微量羥基(OH-)信號,得出了月球上存在水的結論,其中,在對月球表面探測中,作為一種關鍵技術儀器,月球礦物光譜儀通過測量月球表面反射的特定波長光的能量,來推斷月球表面是否存在「水」。需要說明的是,月球礦物光譜儀所探測到的「水」,是指礦物里的水分子或者羥基。此前的研究中,科學家獲得了月球表面原位條件下的「水」含量,1噸月壤中大約有120克「水」,然而難以區分這些「水」是水分子還是羥基。
在最新的研究中,科學家通過精確的單晶衍射和化學組分分析,在月球樣本中發現一種含水礦物,其結構中包含6個水分子構成的分子水,分子水在礦物樣本中的質量佔比高達41%。紅外和拉曼光譜技術清晰地揭示了分子水的吸收特徵,而電荷密度分析則進一步確認了分子水中的氫原子。
這種含水礦物的晶體結構與地球上一種罕見的火山口礦物相似,後者是由熱玄武岩與富含水和氨的火山氣體相互作用形成的,表明月球上的含水礦物可能與火山活動有著密切的聯繫。為了驗證上述發現的準確性,研究人員對含水礦物的成分和形成條件進行了深入分析,排除了地球污染或火箭尾氣作為分子水來源的可能性。
這次發現的含水礦物表明,月球上存在一種以水合鹽形式的分子水。與容易揮發的水冰不同,這種分子水在月球的高緯度地區非常穩定,即使在陽光直射的區域也可能存在。
但是月球中的水分別以這麼幾種情況存在:一種是以水冰的形式;另外一種是以水分子的形式存在,這些水分子可通過太陽輻射釋放出來,會在月球表面形成水膜;還有一種是結合水的形式,主要是指一些水礦物。
這些水都難以直接利用,如果水不能被人類所利用,那麼也就沒有價值,為此,中國科學家發明了月攘取水的技術。
中國科學家的月攘取水技術,運用的是我們初中就學過的氧化還原反應」,就是這麼的簡單粗暴,
月壤礦物由於太陽風億萬年的輻照,儲存了大量氫,這為我們制水提供了條件,在嫦娥五號帶回來的表層樣本中,有一種礦物,叫鈦鐵礦(FeTiO3),這種礦物的晶格之間有空隙,可以容得下很多太陽風射進來的氫原子,這些這些月壤中的氫含量就達到了千分之5.66-8.44,先用熱失重法,也就是給一塊樣本加熱,測量熱的跑出來的氣體的成分和樣本質量的降低,測出來了一部分樣本里氫的質量比例是大概0.56%,然後用電子能量損失譜法,測量出樣本里各種礦物分別含有多少比例的氫元素。最後發現,只佔總重6%的鈦鐵礦居然含有38.3%的氫,那麼這種礦物里氫的質量佔比有3.57%!平均每個FeTiO3原子吸附了5.4個氫原子!
這個時候,中國科學家就突然奇想,那一加熱,氫就把氧化物里的氧結合變成水了,金屬氧化物則被還原成了金屬單質。在燒到1000度的時候,樣本里的三價和二價鐵北大量還原成鐵單質,然後生成了大量的水。
如果月球的月攘結構成分都是這樣,那這不但可以用來製造水,這個過程同樣也是冶煉金屬的過程,畢竟氫原子奪走了多少氧原子,就有多少氧化鐵被還原成了鐵單質。這更像是冶煉金屬的同時順便製造了水。
一噸月壤產生51到76kg水,相當於100多瓶500毫升的瓶裝水,基本可以滿足50人一天的飲水量,然後副產物是鐵 ,而這個過程只需要把溫度加熱到區區1000攝氏度。這個技術可以說過於離譜。
然月球沒有水洗煤,但是太陽能發電還是能搞的。一邊發電,一邊產水,一邊生產鐵,而鐵是人類生活中重要的生產資料。甚至都不需要發電,月表沒有大氣,月晝太陽直射可達120+℃,通過最簡單鏡面反射等方式,比如通過凹面鏡或菲涅爾透鏡聚焦太陽光加熱月壤至熔融,就可以較容易達到1000度——類似於用太陽能燒開水、放大鏡燒螞蟻。成本低得可怕,而且5%的產出率相當相當高了,通過月壤提取水對於人類開發月球有著跨越時代的意義,這是因為水的重量太重了,又無法壓縮,在太空航行中無法攜帶大量的水,各國的宇宙飛船與空間站都設置了水循環系統,最大限度重複利用水資源。另一方面,水對於太空航行十分重要,除了維持宇航員的生存,水還可以分解成氫氣和氧氣,作為飛船飛行的燃料、以及供給宇航員呼吸。
水是體內幾乎所有生化反應的介質,也是消化等重要生化反應的參與者。除此之外,水更是人類進行社會生產活動的必需品,種植糧食、養殖禽畜、生產食品、發電供暖都需要用到水
而且加熱過程中,月壤將會與太陽風中注入的氫反應會生成單質鐵。我們的科學家已經在構思,把月攘裡面獲得的鐵做磁性材料,因為磁性材料是電氣、電力、電子領域一個必需的材料。作為建築狂魔的中國,已經想到要用熔融的月壤製作具有榫卯結構的磚塊。
還有一點就是,我們獲得的水,我們也可以電解,得到氧氣和氫氣,氧氣是我們呼吸必備的一個物質,這樣人類在月球上生存就沒有問題了。而氫氣也是一種能源,我們可以把它燃燒或者做燃料電池發電。
而這也意味著,我們將會在月球建設一個可循環的有水有電可以自給自足的現代人類文明社會。
而我們的嫦娥八號在2030年之前發射到月球上,有可能去發射一個驗證性的科研裝置,到月球上去做一些實驗。一旦實驗成功,那麼接下來我們的航天員前往月球,就可以直接在月球製造水和生產材料,這將極大減輕我們飛船的負擔,從而攜帶更多有用的物資。
當然,這項技術如此簡單粗暴,也就意味著,美國宇航員登陸月球,也可以照貓畫虎,在月攘制水。
需要說明的是,中國僅僅通過嫦娥1號至6號等6個探測計劃,3次月球軟著陸,2次採樣返回,不到4千克月壤樣本,一個人都還沒有登陸月球,就掌握了全面開發月球資源所需要的全部前置科技。
更重要的是,中國探月工程所耗費的成本低得令人咋舌,一期工程只花了14億人民幣,摺合成美元僅僅2億!
目前整個中國探月工程所耗費的成本加起來都不到30億美元。再看看隔壁,搞了超過60次探月計劃,實現了6次載人登陸月球,足足有12人登陸了月球,運回來371.7千克月壤樣本,花了數千億美元(通貨膨脹折算),結果別說現在重返月球遙遙無期,他們甚至連空間站的宇航員都接不回來了。
截止目前,地球上共有6個國家的18架繞月軌道探測器對月球進行了遙感探測。美國和蘇聯分別通過宇航員和返回式取樣探測器(LUNA16、LUNA20、LUNA24)將月球表面的月壤、月岩送回地球。
這也意味著,在未來能夠有機會,對月球全面開發探測的國家,也就只有中國和美國兩個國家,