2030年前，我國有望實施載人登月計劃！近日，中科院院士葉培建在接受采訪的時候，表達出了自己對祖國載人登月計劃的期待和信心。

近些年來，我國航天事業取得了突飛猛進的發展，速度之快令全世界都為之震驚。讓航天員踏足到月球表面，這個夢想曾經聽起來像是神話傳說，如今就要成真了！不僅如此，我國還和俄羅斯簽訂了協議，準備共同開發月球基地，讓航天員在月球表面常駐。

建立月球基地和普通的載人登月完全不同，需要的資源更多。除了需要足夠的食物之外，氧氣也是一大資源。要知道，建立月球基地比空間站還要更進一步，這就不僅僅是做一些科學實驗的任務了，甚至未來要進行更宏偉的建設。如果想要實現這個夢想，有一種資源不可或缺，那就是氧氣。

在空間站，航天員能夠執行的任務有限，所以氧氣主要用來呼吸。通過電解水制取的氧氣，就可以保證航天員的使用了。建立月球基地就是完全不一樣的情況了，未來需要大量的生産，甚至火箭的發射也需要大量的氧氣。如何在月球表面獲取足夠的氧氣，對于人類來說至關重要。

大家都知道，月球是沒有完整大氣層的，隻有一個極其稀薄、内部以氫氣、氖氣和氩氣組成的大氣結構，這些氣體根本無法讓人呼吸，也不可能在未來投入生産。

這不意味着月球上就沒有氧。其實，月球上的氧元素非常豐富，隻不過目前不适合人類使用。你可能想象不到，這些氧元素都儲存于月球的岩石之中。根據美國阿波羅11号的數據，月壤中有41.9%是二氧化矽，15.8%是氧化亞鐵，13.6%是三氧化二鋁，12.1%是氧化鈣，還有8.2%的氧化錳以及7.6%的二氧化钛。

看得出來，這些礦物裡面都有氧元素，算下來，月球的岩石中，大約有45%的質量都是氧元素，說月球上氧元素豐富一點也不誇張。可問題在于，這樣的氧要如何使用呢？它們怎樣才能供人類呼吸和使用呢？

上個月，我國就取得了重大突破。在舉辦于深圳的深空探索科學技術與應用大會上，航天五院508所果琳麗研究員介紹了我國的最新成果——熔融電解法制氧。通過加熱和電解的方式，我們有望将氧元素從月壤中提取出來，制備大量的氧氣。

具體來說，就是給月壤進行加熱，使其進入高溫熔融的狀态，陰離子和氧離子得以自由移動。此時通電進行電解，氧離子就會結合成為氧氣，供人類使用了。在這個反應中，反應原料是钛鐵礦（化學式FeTiO3）和氧化亞鐵（FeO），反應溫度在1600℃-2500℃之間。除了得到氧氣之外，我們還能夠得到钛和鐵等産物，加以利用，反應方程式在下圖有體現。

（圖片說明：果琳麗研究員介紹本次成果）

熔融電解法是目前比較受認可的月壤制備氧氣手段，世界上許多其他的國家也在進行類似的嘗試，比如美國、日本、以色列等。除此之外， 還有一些其他的方法也可以在月球上制氧，比如還原法、熱裂分解法、氟處理等等。不論是哪種方法，都有其獨特的優勢和劣勢，不過以熔融電解法的可行性最高。

今年早些時候，一家總部位于比利時的初創公司宣布，他們正在建造三個實驗性反應器，預期能夠改善電解鋁的反應過程，并且希望自己的這項實驗能夠在2025年左右登陸月球，幫助歐洲航天局進行月球基地的建設。

說了這麼多，月壤中到底有多少氧氣可供人類使用呢？

美國宇航局有一份數據：平均來說，每立方米月壤中大約有1.4噸可供我們使用的礦物，這裡面包含的氧元素大約是630公斤。要知道，平均每個人每天呼吸的氧氣量才隻有800克。這麼算下來，僅僅一立方米月壤所能提供的氧氣就足以讓1個人呼吸差不多2年的時間。

和地殼一樣，月殼深處的岩石也是比較難以開采的，我們隻能利用表層的一些月壤進行制氧。假設人類開采月壤的平均厚度是10米，那麼如果人類能夠提取其中全部的氧元素制成氧氣，那麼這些氧氣足以支持80億人（差不多是當今的世界人口總數了）呼吸10萬年！

不得不說，這個數字的确是相當驚人了。至于人類要如何開采這麼多氧氣，就是上面那些實驗的結果了。

很多人也會問：反應方程式倒是有了，能源呢？如何給這些月壤加熱并且提供電力給它電解呢？

這的确是一個比較關鍵的問題。從地球上攜帶能源肯定是不可能的，如果運載火箭能裝那麼多的能源，還不如直接帶氧氣去月球了。想要實現月表制氧，隻能就地取材。

科學家想到的能量來源有兩個，一個是月球上自帶的能源，但是人類連月球基地都沒有建設起來，直接利用月球自身能源更無從談起。相比之下，第二種來源更可靠一點，那就是太陽能。

雖然人類的太陽能技術已經有了長足的發展，但想要在月表制氧，仍然會面臨相當大的挑戰。我綜合了多篇文獻的研究成果，“雜糅”在一起的結果是：在月球中低緯度，建立一個由能量1000 s We～100 s kWe( Watts-electric) 的單個太陽能光電池組成的電池組，并且利用這種電能生産微波，可以相對有效地給月壤加熱。

在今天，月球已經是世界各國關注的焦點，成為了“兵家必争之地”。月球上豐富的資源，和許多得天獨厚的優勢，都對一個國家的未來發展有着極其重要的意義，所以今天世界各國才會競相開發月球，甚至建立月球基地。而這個月球基地的建設速度，很大程度上就要取決于月壤制氧實驗的研究進展了。

葉培建院士說，自己有生之年能夠看到中國航天員踏上月球。我相信，他不僅能看到航天員上月球，也能看到中國人真的在月球上建造“月宮”！

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