作者:甘晓,阚宇轩 来源:中国科学报 发布时间:2024/2/3 9:17:57
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月球资源如何开发?中国科学家提出新思路

 

“踏月凌天探星河”,中国“追月”之路步履不停。目前,我国探月工程四期任务和载人登月任务已开始实施,后续将建立国际月球科研站,月球基地也在远期规划中。

近日,中国科学院院士、中国空间技术研究院研究员杨孟飞等学者在《中国空间科学技术》上发表学术论文,提出未来月球资源开发利用的新思路,旨在为后续科学研究和工程任务实施提供参考。

新阶段有新任务

嫦娥六号要实现月球背面的采样返回;嫦娥七号将到达月球南极,开展水冰资源探测;嫦娥八号与嫦娥七号共同建立月球科研站的基本型;到2030年前后,我国计划实现载人登陆月球……随着我国探月工程四期稳步推进,月球探测将迎来新一波热潮。

杨孟飞表示,当前,月球探测任务逐步由探测勘察进入到开发利用新阶段。“月面资源的勘查、开发和利用将是未来月球探测的核心任务之一。”他说。

现有探测结果已表明,月球表面具有储量丰富的资源。其中,月壤中含有丰富的氧和硅、钙、镁等矿物资源,太阳风挥发分给月球注入氢的同位素、氦-3、碳和氩等资源,月球南极可能存在水冰。同时,月球本身具备良好的位置和环境资源,包括真空、深低温、空间辐射等。

最新发表的论文提出,应重点围绕这些资源,发展原位制氧和燃料生产新技术,探索硅基等关键矿物资源的冶炼提纯方法,发展氦-3等能源资源开发方法,发展月面基础设施自主建造技术。

取水、制氧、建造已有基础

论文介绍,来自中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室的科学家在月球资源利用方面已经取得一系列前沿进展。诸多关键技术的突破有望为将来在月球上“取水”“制氧”“建造”奠定基础。

为了在月球极区规模化提取水冰,科学家近期提出一种新办法并制备出原理样机,实现了含冰月壤的钻取、密封与光热相变蒸发“一体化”的提取。论文介绍,在典型月面环境下开展的一系列试验验证了这一技术路线的可行性。

同时,科学家针对利用月球资源“制氧”提出全新的“地外人工光合作用”技术路线。杨孟飞指出:“目前完成关键催化材料开发、原理实验验证以及流体回路设计,研制了空间试验载荷样机和规模化装置,计划进一步搭载空间站完成空间试验。”

此外,围绕月面建造,科学家基于对高真空、低重力条件下相关科学问题的深入研究,提出了适应月球特殊环境和月壤材料特性的原位建造方法,并搭建了“静电输运?聚光熔融月壤3D打印地面原理试验系统”。

在科学家们看来,月球极端环境利用为开展基础科学研究提供天然理想的综合实验场,将催生重大科学发现和颠覆性科技成果。

五大任务直面挑战

杨孟飞看到,当前,面对极端月面环境、独特月壤理化特征、无人自主控制等挑战,月球资源开发仍然存在重大挑战。为应对这些挑战,论文提出五项重点任务,包括资源勘探、资源开采、资源转化、资源利用和环境效应等。

其中,“资源勘探”任务要发展资源探测新方法和联合反演新理论,为月球采矿选址提供基础。“资源开采”任务要发展规模化资源开采和转化利用新方法,突破探采一体的无人自主采矿新原理。“资源转化”任务要发展地外碳氧循环技术,突破原位制备氧气、燃料的新原理和新技术。“资源利用”任务要探索关键器件月面制造、月壤致密化成型和增材制造新方法。“环境效应”任务则要发展月球极端环境的地面模拟理论和月面综合环境实验室建设方法。

此外,论文还提出,建议我国在2035年左右构建环月与月面相结合的资源勘探能力,形成全时段地月一体化测控与导航系统,开展共性技术研究和关键技术攻关;到2045年左右,构建月球科研站,开展资源利用关键技术在轨验证,实现小规模试采;2065年左右构建月球基地/工厂,实现大规模、长周期、高效益资源开发与利用、月球旅游。

“当前,世界航天已进入到‘大航天时代’的历史机遇期。”杨孟飞表示,“正如大航海时代创造的奇迹一样,以月球资源开发利用为代表的‘大航天时代’将会创造人类发展史的下一个奇迹!”

 
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