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        > 科技 >

        月球上發現第六種新礦物!“嫦娥石”助力人類飛向月球

        時間:2022-09-20 09:20:05       來源:中國航天報

        9月9日,我國宣布在月球樣品研究中發現了“嫦娥石”,這也是在月球上發現的第六種新礦物。其實,近年來月壤研究已經帶給人們很多驚喜,比如出乎預料的水資源,氦-3等新能源更簡易的提取方法,月壤特殊的建筑用途等。隨著相關成果不斷涌現,助力人類飛向月球的航天技術也取得進展,足以讓人們對未來建設月球基地、開發月球的前景充滿期待。

        驚喜發現可不少

        2020年12月17日,嫦娥五號返回器攜帶1731克月球“土特產”返回地球,給我們提供了了解月球更多信息的良機。目前科研人員已在巖漿分異、太空風化、生物能轉化等方面取得了一系列成果,初步了解到月球樣品的形貌及礦物組成。這次發現的“嫦娥石”就是科研人員取得的重要成果。

        “嫦娥石”是漂亮的柱狀透明晶體,作為磷酸鹽礦物,存在于月球玄武巖顆粒中,伴生有鐵橄欖石、鈦鐵礦、隕硫鐵等。而月壤研究是典型的前沿基礎科學研究,能帶動一系列相關科學技術進步,這次發現“嫦娥石”的高新技術手段就值得關注。

        據悉,X射線透過礦物晶體時,與晶體內規則排列的原子相遇,發生散射,進而顯示出了與晶體結構相對應的特有衍射現象??蒲腥藛T據此從14萬個月球樣品顆粒中分離出1個約10微米大小的單晶顆粒,并成功解析其結構。毫無疑問,類似技術手段將助力科研人員進一步深入研究月球成分,有望建構起月球演化歷史模型,總結出月球環境變化規律,善加利用。

        對于“嫦娥石”的用途,科研人員仍需研究,而相對更有潛在經濟價值的成果同樣少不了嫦娥五號返回器的功勞。

        前不久,我國科研人員首次成功在月壤樣品中獲得了未來核聚變能源資源氦-3的含量和提取參數。這為我國后續進行月球氦-3資源分布遙感偵測、估算資源總量乃至未來開發都提供了寶貴的基礎科學數據。

        要知道,氦-3作為未來可控核聚變的燃料,預計產生的能量是鈾-235核裂變的10倍以上。從理論上講,100噸氦-3核聚變所貢獻的能量可供全人類使用1年。另外,氦-3有助于構建極低溫環境,超導、量子計算機等前沿科研也將受益匪淺。

        隨著我國科研人員對月壤的研究逐漸深入,常溫下利用鈦鐵礦顆粒篩選、提取氦-3,已經有了比較可行的新思路。

        人類想要在月球上長期生存,最大的挑戰就是獲取足夠的持續維持生命活動的水和氧氣。傳統觀點對這方面比較悲觀,但近年來科研人員似乎發現了更多的可能。

        嫦娥五號返回器攜帶的月壤、月巖樣品中已經發現了水資源,尤其是礦物表層中存在大量的太陽風成因水。而月球南極的萬米深坑中很可能存在歷史悠久的水冰,因此包括我國在內的多國下一步探月計劃已經瞄準月球南極。

        如果找不到足夠的月球天然水資源,也有其他“補救”方法:利用月壤中的含氧鐵礦物,再用氫刺激還原反應,同樣有望制得淡水,人類就能邁出在月球上生存的第一步了。接下來,利用核電池或太空太陽能發電站等供能,可促使月球水資源發生電解,得到氧氣和重要的能源氫氣,為建設月球基地、在月面正常工作生活打下基礎。

        國外商業航天公司甚至提出了更大膽的方案:利用月球水資源制備推進劑,開展航天器在軌補加服務。

        前往月球準備多

        近年來,美國宇航局立志“重返月球”,雖然“阿爾忒彌斯”計劃一再推遲,SLS方案也遭到了“不思進取”等指責,但新一輪載人登月的技術準備確實在齊頭并進,不容小視。

        在運輸工具方面,SLS大量選用成熟技術,理論上不存在難以克服的技術障礙,而獵戶座飛船和SpaceX公司負責的“星艦”載人登月艙都經過嚴格的技術論證和測試,成功可能較大。即使SLS實在不堪大用,“星艦”作為技術概念更激進的“替補”也有機會擔當大任。

        在飛行路徑方面,美國宇航局放棄了“阿波羅”計劃那種重型火箭直接送人登月的“簡單”方案,更強調綜合效益和未來潛力,先建設繞月空間站。為此,驗證繞月軌道和導航設備的探測器已經出發,有望于今年11月入軌,迎來“考核結果”。如果一切順利,獵鷹重型火箭后續將逐步發射繞月空間站艙段。

        下一步,SLS和獵戶座飛船將把航天員送到繞月空間站,而獵鷹重型火箭會發射改進型貨運龍飛船,承擔繞月空間站物資補給任務。等航天員調整好狀態后,可以乘坐已事先對接繞月空間站的“星艦”載人登月艙,前往月球。

        在人員設備方面,最近美國宇航局選擇公理航天公司作為月面行走系統(又稱月面先進航天服)的供應商,授出了價值2.285億美元的合同。預計2025年2名航天員將穿著這款航天服在“阿爾忒彌斯-3”任務中登上月球,而美國宇航局還準備了“獵戶座航天服”等新一代太空服裝作為備份。

        此外,西方科研人員還研究了利用人工智能算法觀察月球表面的永久陰影區,初步選定月球南極附近的多個候選著陸區,并啟動了多個月球漫游車項目。

        其實,不僅是西方航天界懷有載人登月雄心,我國航天專家也曾公開表示:新一代載人運載火箭將在2030年左右具備送中國人上月球的能力。當前,我國正在論證載人登月方案,后續還將建造國際月球科研站。

        建基地前途光明

        未來人類要在月球上建立基地并長期居住,顯然不能完全依賴從地球大規模投送物資,必須學會在月球上“就地取材”,借助更先進、更智能的多功能機器人,充分利用月球資源。

        舉例來說,科研人員發現月壤是絕佳的建筑材料,具有耐高溫、隔熱性強、抗輻射、高強度等特點。在缺乏大氣層保護的月球表面,配合3D打印技術、特殊黏合劑、機械臂等,月壤會成為建設人員住所的理想選擇。

        另外,研究發現,月壤成分在催化合成甲烷、甲醇等航天推進劑以及太空種植等方面都能提供較大的助力。

        可以說,深入研究月壤礦物特性,可以探尋月球資源,建設更低能耗的地外環境和生命支持系統,緩解資源供應壓力,對于未來月球基地的建設和運行以及航天員生存保障、未來深空探測等都將有重要意義。

        地球是人類的搖籃,但人類不可能永遠生活在搖籃里。在不久的將來,月球基地會初見雛形,而在月球基地取得的成果和經驗對于未來建立火星基地等也會有積極意義。此外,月球基地可以像繞月空間站一樣作為“中轉站”,幫助人類在此訓練、“加油”,前往更遙遠的外星球。

        人類對月球的探索仍是“初窺門徑”,存在很多有待破解的秘密。但我們可以大膽暢想,隨著科學研究不斷證明開發地外空間的可行性,月球基地已越來越近,開發月球也不再遙遠。

        標簽: 月球上發現第六種新礦物 月球樣品研究嫦娥石 月壤礦物特性 太空風化

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