要使宇航员能够在月球上生存，他们需要三种基本资源：水、氧气和燃料。这些资源一直是多年来一直酝酿中的建造永久月球基地的计划中不可或缺的一部分。多亏了能够从月壤中提取水并生产燃料所需关键成分的新技术，月球上的生活或许很快就能实现。
《Joule》杂志上最近发表的一项研究解释了这项技术如何成功地从土壤样本中提取水，并利用这些水将二氧化碳转化为氧气和用于燃料的化学物质。这项进展可能会提高在月球上生存的前景，同时又能避免运输资源所带来的挑战。
寻找月球水
嫦娥五号月壤放置在一个光热反应器的底部。（图片来源：Sun et al.）
Sun 等人
人类在月球上定居将依赖于月球水的存在，月球水对科学家来说就像液态黄金一样，他们一直在积极寻找这种珍贵的资源。幸运的是，近年来已经发现了多种月球水源；这些水大部分存在于月球两极永久阴影陨石坑中的冰中，但也在由小行星撞击形成的矿物颗粒和玻璃珠中发现了证据。
2020 年底传来了好消息，中国国家航天局的嫦娥五号月球探测任务成功将月壤样本带回地球。自那时以来，科学家们在样本中发现了 OH（羟基含量）和分子 H20 的痕迹，但他们尚未弄清楚月球水的确切分布。
科学家们还在试图解读月球水的起源，提出了两种主流理论。一种是彗星和小行星在撞击月球时带来了它们携带的水。月球水也可能来源于太阳风注入，即太阳风中的氢离子撞击月球并在土壤中产生 OH 或 H20。
帮助宇航员在月球上生存
通常情况下，为月球基地提供水将是一项成本高昂的任务。根据关于这项新研究的新闻声明，“每加仑水通过火箭运输大约需要 83,000 美元……每位宇航员每天大约饮用四加仑水。”
但有了研究人员开发的新技术，这可能不再是一个问题。研究人员表示，以前从月壤中提取水的方法能耗高、步骤太多，并且无法可靠地分解燃料用的二氧化碳。
为了提高效率，研究人员开发了一种利用光热活性、将光转化为热量的工艺。他们使用嫦娥五号任务的月壤样本以及模拟月壤样本对该方法进行了测试。为了促进光热过程，他们依赖于一个装有 C02 气体的批式反应器，并使用了一个聚光系统。
光热技术同时从样本中提取水，并将 C02 转化为一氧化碳（CO）和氢气，这些是可用于制造燃料和供宇航员呼吸的氧气的成分。
香港中文大学（深圳）的作者 Lu Wang 说：“我们从未完全想象到月壤所拥有的‘魔力’。‘最大的惊喜是这种集成方法的切实成功。月球水提取和光热 C02 催化的单步集成可以提高能源利用效率，并降低基础设施开发的成本和复杂性。’”
仍然存在的挑战
尽管光热技术在地球上已经取得了成功，但研究人员表示，在月球上使用时仍可能存在一些潜在的限制。例如剧烈的温度波动、强烈的辐射和低重力可能会对水的提取构成挑战。
研究人员表示，为了实现月球生活的现实，解决水的提取方面的技术挑战和开发成本将是未来发展的必要条件。
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Joule。《月球固有的水驱动了光热 CO2 催化》
Nature Communications。《来自嫦娥五号原位光谱和返回样本的月球表面水证据》
