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太空人不再缺氧氣?新光能反應器可取月球土壤造氧

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2017年12月12日12時 今日科學 IT之家要聞

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一位航空工程師已經研發出一種太陽能反應器,能夠讓太空人在月球上自己製造水和氧氣。這個系統能夠從月球土壤中提取水分,而且初次使用時只需要從地球帶來的氫氣進行啟動,幾個小時候氫氣就能夠實現循環利用。

氫氣比氧氣更輕,這意味著這樣一個系統能夠明顯縮減月球任務所要運輸的重量。這台設備現在已經完成了一個為期6個月的測試,根據研發人員稱,它能夠為多達8位太空人提供足夠的氧氣和水。

研究人員已經研究了數十年,並且想盡各種方法想要在月球上製造氧氣。太陽能熱發電領域專家Thorsten Denk對這個裝置探索了十年,他聲稱:「最初人們認為可以藉助日光爐獲得氧氣,後來又提出了太能光伏發裝置、核反應堆或者集中太陽輻射等方法。」

在阿波羅任務之後,科學家們對於如何在月球上製造氧氣有了許多不同的想法,因為你從地球帶往月球的所有材料都需要成本,每公斤負載都需要耗費數千公斤的燃料。Denk的反應器能夠從月球土壤中分離出水,然後再進一步分解成氧氣和氫氣。而且他所建造的設備是全尺寸設備,預計能夠在月球上支持6-8人的生活所需。

這台設備目前的重量為400公斤,但是Denk稱它的重量能夠進一步精簡。月球土壤與對球土壤不同,不會出現風乾,因為月球並不具備大氣層。因此土壤微粒都是古怪的形狀而且有著鋸齒狀的邊緣。在使用之前,需要先對土壤進行預處理來使其更光滑,然後通過篩選獲得合適的尺寸。這樣將保證太陽能反射器能夠安全的運行。

據Denk稱,這台設備一小時能夠處理25公斤的土壤微粒。而且短短的一小時它就能夠製造700公斤水,而且在4個小時內它能夠產生2.5公斤的氧氣,這個過程都使用的是10 kW以下的電。大多數電都將用於水分子的分解過程。

雖然Denk目前已經完成了第一階段獲取水的展示,但是第二階段將需要更多的資金。這個過程使用了發現於月球陰影區域的FeTiO3。這種材料可以通過月球機器人進行挖掘,而且帶到反應器前。我們只需要在反應器的初始運行階段用到地球帶來的氫氣。

他把人類探索月球比作鐵路的增長,當火車站周圍的居民增加,商業就會興起。玄武岩等潛在的月球資源能夠作為3D列印衛星的原材料。在月球進行這些工作所需要的成本與從地球運輸這些設備和資源相比投入更少。月球還擁有氦-3,這是我們地球上很少見的一種同位素,這種物質理論上能夠在地球產生更清潔而且更安全的核能源。

殖民月球最大一個目標就是水,而且當凍結在極地冰層內的水分。水能夠分解成氫氣和氧氣,兩種氣體混合時能夠發生爆炸,為火箭提供燃料。Denk解釋稱,氫氣將在最初的幾個小時內有用,隨後它將伴隨著電解轉化循環利用。即使你從地球上攜帶氫氣並且在月球上製造氧氣作為火箭燃料,你也能夠縮減近90%的重量。

Denk稱,月球會經歷長時間的日照,然後經歷長時間的黑暗。這也給製造太陽能燃料創造了理想的條件。日照時間能夠持續兩周時間,而且隨後將經歷同樣時間的暗夜。因此如果你需要三小時打開這台設備,不會存在什麼問題。

月球沒有大氣層,而且沒有氣候和雲彩,因此你能夠在每半個月的日照時間裡從日出工作到日落。發明者解釋稱:「太陽能日光爐需要非常高的問題,但是溫度也不能太高以避免月球土壤出現燒結現象。化學反應從800攝氏度開始進行,但是在1050攝氏度就會出現燒結問題,因此我的目標是把溫度控制在1000攝氏度以內。我所設定的溫度有著±30攝氏度的變化範圍,但是最高可能的平均溫度不會引發燒結。」


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