欧洲航天局开设“制氧厂” - 从月尘中提取氧气

欧洲航天局(ESA)的技术中心已经开始从模拟的月尘中提取氧气
版权:ESA–A. Conigili

科学家们在位于荷兰诺德维克的欧洲空间研究与技术中心(ESTEC)的材料和电子元件实验室建立了一个原型氧气工厂。

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月壤中的氧化物和金属
版权:贝丝•洛马克斯(Beth Lomax) – 英国格拉斯哥大学

英国格拉斯哥大学的Beth Lomax评论道:“拥有专属工厂使我们能够专注于制造氧气,并用质谱仪测量从月壤模拟物质中提取的氧气。” ESA通过网络化与合作关系倡议,为Beth的博士研究工作提供资助,并利用了针对太空应用的先进学术研究。

“能够从月球上发现的资源中获取氧气,显然对未来的月球定居者非常有用,无论是呼吸还是当地火箭燃料的生产。”

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利用月尘制造氧气
版权:ESA–A. Conigili

ESA的研究员亚历山大•梅里西斯(Alexandre Meurisse)补充道:“现在我们有了可运行的设备,通过对其进行微调,比如降低操作温度,我们最终可以设计出另一种版本的操作系统,使其有朝一日能够在月球上运行。”

从月球表面采集的样本证实,月壤由40% – 45%的氧化物组成,氧化物是月球上最丰富的元素。但是这些氧以矿物质或玻璃形式的氧化物化学结合,所以无法直接使用。

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未来的月球基地
版权:ESA – P. Carril

ESTEC的氧气提取是使用一种称为熔盐电解的方法进行的,将月壤放入一个装有熔融氯化钙盐的金属篮中作为电解液,加热到950°C。在该温度下,月壤保持固体状态。

通过电流时,氧气从月壤土中被提取出来,并迁移穿过盐层被收集在阳极上。这有一个额外的好处是可以将月壤转换成可用的金属合金。

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试运行
版权:ESA–A. Conigili

事实上,这种熔盐电解方法是由英国Metalysis公司所研发的,用于商业金属和合金生产。Beth的博士研究中涉及到在该公司工作研究这个方法,然后在ESTEC重塑这一过程。

Beth解释道:“在Metalysis公司,该过程产生的氧气是一个不需要的副产品,而且是以二氧化碳和一氧化碳的形式被释放出来,这意味着反应器本身不是设计来制造氧气的。因此我们不得不重新设计适用于ESTEC的版本,以便能够测量氧气。实验室团队在安装和安全操作方面提供了很大帮助。”

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月尘模拟物质的微观图像
版权:Beth Lomax – 英国格拉斯哥大学

制氧厂是静音运行的,反应过程中产生的氧气暂时排入排气管,但在未来系统升级后会被储存起来。

Alexandre补充道:“生产过程中会留下一堆不同的金属。这也是一个不错的研究方向,去研究用这些金属可以生产出哪些最有用的合金,以及它们可以用于什么用途。”

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模拟月尘中的氧气提取
版权:Beth Lomax – 英国格拉斯哥大学

“比如,它们是可以直接3D打印,还是需要进一步加工?金属的精确组合将取决于月壤的获取位置 – 这将存在显著的地方差异。”

该研究的最终目标将是设计一个可以在月球上可持续运行的“试点工厂”,并于本世纪20年代中期进行首次技术演示。

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分析结果
版权:ESA–A. Conigili

ESA结构、机制和材料部门的负责人托马索•吉迪尼(Tommaso Ghidini)表示:“ESA和美国国家航空航天局(NASA)将带着载人任务返回月球,这一次是为了留下。”

“因此,我们正在把我们的工程方法转变成系统地利用月球资源。我们正与人类航天和机器人探索理事会、欧洲工业和学术界的同僚们合作,提供像这个制氧方法一样的顶级科学方法和关键使能技术,以实现人类在月球上的持续存在,也许有朝一日也会适用于火星上。”

来源:
https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/ESA_opens_oxygen_plant_making_air_out_of_moondust

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