【天脉网】8月27日，中国科学家团队在月球水资源研究领域取得了突破性进展，提出了一种全新的在月球上获取大量水的方法，这一成果有望为未来月球科研站及空间站的建设提供重要的设计依据。
相关研究论文于近日在国际学术期刊《创新》（The Innovation）上在线发表，标题为《月球钛铁矿与内源性氢反应产生大量水》（Massive Water Production from Lunar Ilmenite through Reaction with Endogenous Hydrogen）。该研究由中国科学院宁波材料技术与工程研究所（简称“宁波材料所”）的非晶合金磁电功能特性研究团队，联合中国科学院物理研究所（简称“物理所”）、航天五院钱学森实验室、松山湖材料实验室、哈尔滨工业大学和南京大学等多个科研团队共同完成。
据天脉网了解，该研究团队通过对嫦娥五号月壤样品中不同矿物的氢含量进行深入分析，提出了一种基于高温氧化还原反应生产水的新方法。通过高分辨电子显微镜、电子能量损失谱等多种实验技术，研究团队发现1克月壤中大约可以产生51-76毫克水（即5.1%-7.6%）。这意味着，1吨月壤将可以产生约51-76千克水，相当于100多瓶500毫升的瓶装水，这一水量基本可以满足50人一天的饮水量。
研究团队发现，月壤矿物由于长期受到太阳风的辐照，储存了大量氢。当加热至高温后，这些氢会与矿物中的铁氧化物发生氧化还原反应，生成单质铁和大量水。当温度加热至1000℃以上时，月壤会熔化，反应生成的水将以水蒸气的方式释放出来。计算模拟进一步显示，月壤钛铁矿中存在纳米微小孔道，这些孔道可以吸附并储存大量来自太阳风的氢原子。每个钛铁矿分子（FeTiO3）可以吸附4个氢原子，成为了名副其实的月球“蓄水池”。
此外，研究还发现电子辐照可以降低氢与铁氧化物的反应温度，使水的生成温度从600℃降低至200℃。
基于这些研究结果，科研团队提出了一种具有可行性的月球水资源原位开采与利用策略：首先，通过凹面镜或菲涅尔透镜聚焦太阳光加热月壤至熔融状态。在加热过程中，月壤将与太阳风中注入的氢反应生成水、单质铁和陶瓷玻璃。产生的水蒸气随后被冷凝成水，并被收集储存在水箱中，以满足月球上人类与各种动植物的饮水需求。通过电分解水，还可以产生氧气和氢气，氧气可供人类呼吸，氢气则可作为能源使用。同时，铁可以用于制造永磁和软磁材料，为电力电子器件提供原材料，也可以用作建筑材料。熔融的月壤还可以制作成具有榫卯结构的砖块，用于建造月球基地建筑。
该策略将为未来月球科研站以及空间站建设提供重要的设计依据，并有望在后续的嫦娥探月任务中发射验证性设备以完成进一步确认。宁波材料所的霍军涛研究员、王军强研究员和物理所的白海洋研究员为前述研究论文的通讯作者，宁波材料所的博士生陈霄和杨世玉、陈国新博士、许巍副研究员为论文的共同第一作者，宁波材料所为第一完成单位与第一通讯单位。
论文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(24)00128-0
