NASA完成關鍵測試：陽光直接'冶煉'月壤制造氧氣，月球基地

探索宇宙奧秘 · 理性思考

氧氣是太空探索的命脈。每送一公斤氧氣到月球，火箭需要從地球表面運輸約二十公斤推進劑。這條供應鏈昂貴且脆弱。**如果能在月球上直接"種"出氧氣，人類定居月球的可行性將發生質變。

2026年2月，NASA的Carbothermal Reduction Demonstration（CaRD）團隊完成了一項里程碑測試。他們利用聚光太陽能，成功從模擬月壤中提取出氧氣，并確認產生了碳 monoxide。這一突破意味著未來宇航員或許只需攜帶鏡子和碳，就能在月球南極的陽光充足的地區建立氧氣工廠。

這次測試在地球上模擬了月球南極的極端環境。研究團隊搭建了一套集成原型系統：聚光器將陽光聚焦到反應器，精密反射鏡追蹤太陽角度，碳熱還原反應器則負責化學轉化。

Sierra Space公司提供了核心反應器，NASA格倫研究中心設計了太陽能聚光器，復合材料鏡面應用公司制造了高精度反射鏡?？夏岬虾教熘行呢暙I了電子設備和氣體分析系統，約翰遜航天中心統籌項目管理。這套"全明星"配置驗證了端到端的制氧流程。

測試的關鍵成果在于集成驗證。以往實驗多在實驗室用電爐加熱，而CaRD首次在系統層面證明了太陽能驅動化學反應的可行性。反應產生的一氧化碳并非廢料，它可以循環參與反應，或進一步轉化為甲烷推進劑。

月壤并非普通土壤。它富含橄欖石、輝石和鈦鐵礦等礦物，氧元素含量高達40%至45%。但這些氧牢牢鎖在金屬氧化物晶格中，常規方法無法直接呼吸或使用。

碳熱還原是破解這道鎖的鑰匙。該技術向高溫反應器中加入碳（或碳 monoxide），在約1000至1600攝氏度下，碳奪取金屬氧化物中的氧，生成一氧化碳氣體。后續通過水汽變換反應或電解，就能將一氧化碳轉化為純凈氧氣。

太陽能聚光恰好提供了所需的高溫環境，且無需攜帶核電池或燃料電池。月球南極的高地擁有近乎永恒的日照，這為持續生產提供了理想條件。據估算，一噸月壤可提取約100至150公斤氧氣，足以支持一名宇航員生存數月。

人類對月壤制氧的探索并非始于今日。1969年阿波羅11號帶回首批樣本后，科學家就分析了月壤的化學成分，意識到這是一個巨大的氧礦。但受限于當時技術，這一設想長期停留在紙面。

上世紀90年代，NASA正式提出"原位資源利用"（ISRU）概念。2000年后，各種制氧技術進入地面驗證階段：氫還原法、熔鹽電解法、碳熱還原法并行發展。2020年代，隨著阿爾忒彌斯計劃推進，技術成熟度需求從實驗室走向工程樣機。

CaRD項目的獨特之處在于能源選擇的戰略性。早期方案多依賴核電或蓄電池，而CaRD選擇直接利用太陽能。這不僅減輕了載荷，也為火星任務鋪平道路?；鹦谴髿庵懈缓趸迹瑯拥南掠蜗到y經改造后，可將CO2轉化為氧氣和甲烷，為返程火箭提供燃料。

中國科學家在這一賽道同樣進展迅速。2020年嫦娥五號帶回1731克真實月壤后，國內研究團隊獲得了前所未有的實驗材料。

中科院寧波材料技術與工程研究所團隊利用嫦娥五號樣本，詳細分析了月壤的礦物組成和還原特性。研究發現，中國采集的月壤鈦鐵礦含量較高，這對碳熱還原極為有利。國家空間科學中心聯合多家單位，建立了完整的月壤制氧工藝數據庫。

在工程驗證層面，中國航天科技集團五院502所等機構開展了熔鹽電解制氧和碳熱還原的地面試驗。2023年，我國科學家提出了"月壤催化水解制氧"新路徑，利用月壤中的鈦鐵礦作為催化劑，在較低溫度下分解水制氧。這種"因地制宜"的思路與NASA的CaRD項目形成了技術路線的互補。

值得注意的是，中國正在規劃月球科研站的原位資源利用系統。根據探月工程四期任務規劃，未來有望在月球表面建立綜合性資源利用試驗裝置，將制氧、制水、建筑材料制備整合為一體。這與NASA的月球南極開發計劃形成了有趣的競爭與合作關系。