近日，在中國空間站夢天實驗艙航天基礎試驗機櫃其中一個“太空抽屜”里，開展了地外人工光合作用技術試驗，成功實現了高效二氧化碳轉換和氧氣再生新技術的國際首次在軌驗證，有望為我國未來載人深空探測重大任務奠定技術基礎。
什麼是地外人工光合作用？
科學家發現半導體催化劑在光照射下可實現水的分解和二氧化碳轉換，並將其稱為“人工光合作用”。“人工光合作用”與綠色植物的光合作用有相似之處：
第一，都是將太陽能轉換成為化學能；
第二，反應原料都是水和二氧化碳，產物是氧氣和含碳化合物。
2015年，我國科研人員提出在地外開展原位資源利用的“地外人工光合作用”概念並開展研究。“地外人工光合作用”是在地外通過物理化學方法利用太陽能將二氧化碳和水原位轉化成氧氣和含碳化合物，是一種基於原位資源利用的高效二氧化碳轉換和氧氣再生新技術。
地外人工光合作用
地外人工光合作用技術有什麼優點？
相比於常用的高溫、高壓二氧化碳還原技術，地外人工光合作用可以在常溫（室溫~298K）、常壓（一個大氣壓~101kPa）條件下實現二氧化碳還原和產氧；還能夠實現太陽能→化學能、太陽能→電能→化學能、太陽能→熱能→化學能等多種能量轉換方式，有效提高能量的利用效率。
另外，通過改變反應的催化劑，可以定製化地獲得地外人工光合作用的不同二氧化碳還原產物，包括可作為推進劑的甲烷或乙烯、可作為合成糖類的重要原料甲酸等，對未來地外長期生存和原位資源利用有重要價值和意義。
在軌試驗裝置有哪些特點？
地外人工光合作用技術試驗裝置雖然只是航天基礎試驗機櫃其中一個“太空抽屜”，但是功能卻很強大。它不僅能夠在軌通過“人工光合作用”製備氧氣和含碳燃料，還能夠實現對反應過程的監測和產物的在線分析，並獲得大量微重力環境下氣、液、固多相物理化學過程試驗數據，為科學研究和技術發展提供重要基礎。
另外，這個“太空抽屜”還具備在軌“升級”能力，通過在軌更換模塊操作，可驗證不同種類的反應，實現技術快速迭代。
地外人工光合作用技術試驗裝置在軌更換模塊
在軌試驗取得了哪些結果？
目前，地外人工光合作用技術試驗裝置已經完成了第一、二階段共12次在軌試驗，國際上首次實現了基於地外人工光合作用技術的二氧化碳轉換和氧氣再生，獲得了氧氣和二氧化碳還原產物乙烯。
本階段試驗成功驗證了常溫二氧化碳催化轉化，微重力下固、液、氣多相反應界面上氣體輸運與分離，空間高精度氣體和液體流量控制，以及氧氣和二氧化碳還原產物高靈敏度在線檢測等關鍵技術，獲得了大量微重力下的多相物理化學反應過程試驗數據，為發展地外原位資源利用新技術提供了重要基礎。
未來有望進一步支撐人類地外生存和深空探測
未來，如果人類的腳步再次踏入月球，甚至到達更遙遠的火星和小行星，如何實現“擺脫地球資源供給”是人類長期地外生存的主要挑戰之一。
“我們有可能在另一個星球上長期居住嗎？”已成為全球最前沿的125個科學問題之一。利用星壤資源或火星大氣中的二氧化碳資源，原位製備氧氣和燃料，是實現地外原位資源利用並擺脫地球資源供給的重要手段。地外人工光合作用技術有望作為未來地外原位資源利用的重要技術之一，為我國載人深空探測重大任務提供關鍵技術支撐。
面向長期地外生存的地外人工光合作用
欄目主編：孫欣祺 文字編輯：夏徐寅 題圖來源：圖蟲 圖片編輯：蘇唯
來源：作者：中國載人航天微信公號
