中国开发月球取得了革命性的成功,月攘取水技术成为现实
1969年7月21日,阿波罗11号在月球表面着陆首批重达21.6千克的月球表面样本被带回了地球。正是因为这批样本,“月球是干燥的”成为了人们的共识。此后,1969年至1972年采集的阿波罗382kg样品的研究表明,月壤中未发现任何含水矿物。此后,月球不含水成为月球科学的基本假设,这对认识月球火山演化、月地起源等问题产生了重要影响。
近年来,依赖于微量分析技术的进步,国外的科学家们在月球样本中检测到微量羟基(OH-)信号,得出了月球上存在水的结论,其中,在对月球表面探测中,作为一种关键技术仪器,月球矿物光谱仪通过测量月球表面反射的特定波长光的能量,来推断月球表面是否存在“水”。需要说明的是,月球矿物光谱仪所探测到的“水”,是指矿物里的水分子或者羟基。此前的研究中,科学家获得了月球表面原位条件下的“水”含量,1吨月壤中大约有120克“水”,然而难以区分这些“水”是水分子还是羟基。
在最新的研究中,科学家通过精确的单晶衍射和化学组分分析,在月球样本中发现一种含水矿物,其结构中包含6个水分子构成的分子水,分子水在矿物样本中的质量占比高达41%。红外和拉曼光谱技术清晰地揭示了分子水的吸收特征,而电荷密度分析则进一步确认了分子水中的氢原子。
这种含水矿物的晶体结构与地球上一种罕见的火山口矿物相似,后者是由热玄武岩与富含水和氨的火山气体相互作用形成的,表明月球上的含水矿物可能与火山活动有着密切的联系。为了验证上述发现的准确性,研究人员对含水矿物的成分和形成条件进行了深入分析,排除了地球污染或火箭尾气作为分子水来源的可能性。
这次发现的含水矿物表明,月球上存在一种以水合盐形式的分子水。与容易挥发的水冰不同,这种分子水在月球的高纬度地区非常稳定,即使在阳光直射的区域也可能存在。
但是月球中的水分别以这么几种情况存在:一种是以水冰的形式;另外一种是以水分子的形式存在,这些水分子可通过太阳辐射释放出来,会在月球表面形成水膜;还有一种是结合水的形式,主要是指一些水矿物。
这些水都难以直接利用,如果水不能被人类所利用,那么也就没有价值,为此,中国科学家发明了月攘取水的技术。
中国科学家的月攘取水技术,运用的是我们初中就学过的氧化还原反应”,就是这么的简单粗暴,
月壤矿物由于太阳风亿万年的辐照,储存了大量氢,这为我们制水提供了条件,在嫦娥五号带回来的表层样本中,有一种矿物,叫钛铁矿(FeTiO3),这种矿物的晶格之间有空隙,可以容得下很多太阳风射进来的氢原子,这些这些月壤中的氢含量就达到了千分之5.66-8.44,先用热失重法,也就是给一块样本加热,测量热的跑出来的气体的成分和样本质量的降低,测出来了一部分样本里氢的质量比例是大概0.56%,然后用电子能量损失谱法,测量出样本里各种矿物分别含有多少比例的氢元素。最后发现,只占总重6%的钛铁矿居然含有38.3%的氢,那么这种矿物里氢的质量占比有3.57%!平均每个FeTiO3原子吸附了5.4个氢原子!
这个时候,中国科学家就突然奇想,那一加热,氢就把氧化物里的氧结合变成水了,金属氧化物则被还原成了金属单质。在烧到1000度的时候,样本里的三价和二价铁北大量还原成铁单质,然后生成了大量的水。
如果月球的月攘结构成分都是这样,那这不但可以用来制造水,这个过程同样也是冶炼金属的过程,毕竟氢原子夺走了多少氧原子,就有多少氧化铁被还原成了铁单质。这更像是冶炼金属的同时顺便制造了水。
一吨月壤产生51到76kg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,然后副产物是铁 ,而这个过程只需要把温度加热到区区1000摄氏度。这个技术可以说过于离谱。
然月球没有水洗煤,但是太阳能发电还是能搞的。一边发电,一边产水,一边生产铁,而铁是人类生活中重要的生产资料。甚至都不需要发电,月表没有大气,月昼太阳直射可达120+℃,通过最简单镜面反射等方式,比如通过凹面镜或菲涅尔透镜聚焦太阳光加热月壤至熔融,就可以较容易达到1000度——类似于用太阳能烧开水、放大镜烧蚂蚁。成本低得可怕,而且5%的产出率相当相当高了,通过月壤提取水对于人类开发月球有着跨越时代的意义,这是因为水的重量太重了,又无法压缩,在太空航行中无法携带大量的水,各国的宇宙飞船与空间站都设置了水循环系统,最大限度重复利用水资源。另一方面,水对于太空航行十分重要,除了维持宇航员的生存,水还可以分解成氢气和氧气,作为飞船飞行的燃料、以及供给宇航员呼吸。
水是体内几乎所有生化反应的介质,也是消化等重要生化反应的参与者。除此之外,水更是人类进行社会生产活动的必需品,种植粮食、养殖禽畜、生产食品、发电供暖都需要用到水
而且加热过程中,月壤将会与太阳风中注入的氢反应会生成单质铁。我们的科学家已经在构思,把月攘里面获得的铁做磁性材料,因为磁性材料是电气、电力、电子领域一个必需的材料。作为建筑狂魔的中国,已经想到要用熔融的月壤制作具有榫卯结构的砖块。
还有一点就是,我们获得的水,我们也可以电解,得到氧气和氢气,氧气是我们呼吸必备的一个物质,这样人类在月球上生存就没有问题了。而氢气也是一种能源,我们可以把它燃烧或者做燃料电池发电。
而这也意味着,我们将会在月球建设一个可循环的有水有电可以自给自足的现代人类文明社会。
而我们的嫦娥八号在2030年之前发射到月球上,有可能去发射一个验证性的科研装置,到月球上去做一些实验。一旦实验成功,那么接下来我们的航天员前往月球,就可以直接在月球制造水和生产材料,这将极大减轻我们飞船的负担,从而携带更多有用的物资。
当然,这项技术如此简单粗暴,也就意味着,美国宇航员登陆月球,也可以照猫画虎,在月攘制水。
需要说明的是,中国仅仅通过嫦娥1号至6号等6个探测计划,3次月球软着陆,2次采样返回,不到4千克月壤样本,一个人都还没有登陆月球,就掌握了全面开发月球资源所需要的全部前置科技。
更重要的是,中国探月工程所耗费的成本低得令人咋舌,一期工程只花了14亿人民币,折合成美元仅仅2亿!
目前整个中国探月工程所耗费的成本加起来都不到30亿美元。再看看隔壁,搞了超过60次探月计划,实现了6次载人登陆月球,足足有12人登陆了月球,运回来371.7千克月壤样本,花了数千亿美元(通货膨胀折算),结果别说现在重返月球遥遥无期,他们甚至连空间站的宇航员都接不回来了。
截止目前,地球上共有6个国家的18架绕月轨道探测器对月球进行了遥感探测。美国和苏联分别通过宇航员和返回式取样探测器(LUNA16、LUNA20、LUNA24)将月球表面的月壤、月岩送回地球。
这也意味着,在未来能够有机会,对月球全面开发探测的国家,也就只有中国和美国两个国家,