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歐太空總署研月球塵土製氧 助人類進行長時間太空任務

2020/1/21 — 13:10

歐洲太空總署 (ESA) 上周五 (17/1) 公佈,正於荷蘭的材料及電子組件實驗室 (ESTEC) 測試以月球塵土生成氧氣的原型裝置,幫助未來人類於太空長時間進行任務。

參與開發的格拉斯哥大學研究員 Beth Lomax 指,擁有自己的設施使團隊能夠專注利用質譜儀,從月球塵土模擬物中提取氧氣來進行測量。他又表示,能夠從月球上發現的資源中獲取氧氣,對於未來的月球定居者,無論是呼吸還是在當地生產火箭燃料,都將非常有用。

ESA 研究員 Alexandre Meurisse 補充,現在有專門設施後,可以進行微調,例如通過降低過程反應溫度,期望最終可設計出一個系統版本,可在月球上製造氧氣。

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從月球表面取得的樣本顯示,月球塵土有 40–45% 重量是氧氣,該元素亦是塵土單一最大成份。然而,當中的氧以氧化物礦物質或玻璃形式出現,因此無法被人即時使用。

ESTEC 以熔鹽電解 (molten salt elextrolysis) 方式提取月球塵土中的氧氣。團隊將塵土與已熱溶的氯化鈣鹽放入一個金屬筐中作為電解質,並再加熱至 950°C 。在此溫度下塵土仍然是固態,但當接通電流後,氧氣就可以從塵土中提取,並可透過氯化鈣鹽在陽極上收集。此過程中,塵土更可轉換成金屬合金。

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月球塵土模擬物在取氧過程中的情況。
Credit: Beth Lomax / University of Glasgow

月球塵土模擬物在取氧過程中的情況。
Credit: Beth Lomax / University of Glasgow

ESA 的聲明指,方法實際上由英國公司 Metalysis 開發,期望用於商業金屬和合金生產,而 Lomax 曾在該公司工作,並將同類方法帶到 ESTEC 。 Lomax 指 Metalysis 認為過程中產生的氧是不需要的副產品,最終更會以二氧化碳和一氧化碳的形式釋放,換言之其反應爐設計本身並不能承受氧氣累積。因此, ESTEC 的團隊重新設計反應爐,以便測量氧氣的製造量。

現時的測試顯示,反應爐可以無聲地運行,過程中產生的氧氣暫時可排至排氣管,在系統將來的升級後將可被存儲。

Meurisse 指,過程中留下各式金屬,未來將會研究如何從中生產出最有用的合金,以及了解其可在太空中有甚麼應用。例如合金是否可直接用於 3D 打印還是需再經精煉才可使用。另外,這些合金的比例會否因來自月球不同地區而有不同也值得探究。

圖左為模擬物未經處理的外貌;圖右則將已抽取氧氣剩餘的合金。
Credit: Beth Lomax / University of Glasgow

圖左為模擬物未經處理的外貌;圖右則將已抽取氧氣剩餘的合金。
Credit: Beth Lomax / University of Glasgow

團隊最終目的是設計一個可以在月球上可持續運行的「試點工廠」,並希望在 2020 年代中期可作首次的技術演示。

ESA 的結構、機制和材料部主任 Tommaso Ghidini 表示, ESA 和美國太空總署 (NASA) 未來都會有載人的月球任務,其中一個重點是在月球上逗留一段時間。因此,機構正尋找方法有系統地利用月球資源,支援這批在月球上持續生活的人類,如果成功也可有助送人類至火星的計劃研發。

來源:
ESA, ESA opens oxygen plant – making air out of moondust, 17 January 2020

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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