嫦娥五号月壤研究又有新发现——
科技日报杭州8月22日电 (洪恒飞 高晓静 记者江耘)我国嫦娥五号月壤研究又有新发现。由中国科学院宁波材料技术与工程研究所(以下简称“宁波材料所”)、中国科学院物理研究所等单位科学家组成的科研团队,经过3年的深入研究和反复验证,提出一种利用月壤大量生产水的全新方法。利用这种方法,一吨月壤将可以产生51—76千克的水,有望为未来月球科研站及空间站的建设提供重要设计依据。相关研究成果22日在线发表于国际学术期刊《创新》。
这是一种基于高温氧化还原反应生产水的全新方法。科研团队发现,月壤矿物因受到太阳风亿万年的辐照,储存了大量氢。在加热至高温后,氢将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。当温度升高至1000℃以上时,月壤将会熔化,反应生成的水将以水蒸气形式释放出来。
经过多种实验技术分析,科研团队确认1克月壤中大约可以产生51—76毫克水(即5.1%—7.6%)。以此计算,1吨月壤将可以产生51—76千克水,相当于100多瓶500毫升的瓶装水,基本可以满足50人一天的饮水量。
科研团队发现,在5种月壤主要矿物(钛铁矿、斜长石、橄榄石、辉石、月壤玻璃)中,钛铁矿含氢量最高,其次是斜长石和月壤玻璃,钛铁矿的含氢量大约是斜长石的3.5倍、是月壤玻璃的10倍。为阐明月壤钛铁矿能够储存如此大量氢的原因,他们详细研究了月壤钛铁矿的原子结构。结果表明,与地球上的钛铁矿相比,月壤钛铁矿原子间距由于氢的存在显著增大。通过计算模拟显示,月壤钛铁矿中存在纳米微小孔道,这种纳米孔道可以吸附并储存大量来自太阳风的氢原子。每个钛铁矿分子可以吸附4个氢原子,是名副其实的月球“蓄水池”。
电子显微镜下的原位加热实验也证明,月壤钛铁矿加热后将同步生成大量单质铁和水蒸气气泡,而其他含铁月壤矿物加热后生成了少量铁单质和气泡,地球上的同种矿物加热后则不会生成单质铁和气泡。这进一步证明月壤矿物中固溶的氢是产生水的关键。
实验发现,电子辐照可以降低氢与铁氧化物的反应温度,水的生成温度可以从600℃降低至200℃。基于以上研究结果,科研团队提出一种具有可行性的月球水资源原位开采与利用策略。“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。”宁波材料所研究员王军强表示。