科学探索|用了0.2克月壤，他们发现重大秘密( 二 ) 用了0.2克月壤，他们发现重大

比如，NASA在2020年发射的“毅力号”火星探测器携带的火星氧气现场资源利用实验仪器（MOXIE），可以用火星大气中的二氧化碳制造氧气，但该仪器靠的是来自地球的同位素电池驱动，通过高温条件下的电化学方式，来实现二氧化碳分解成一氧化碳和氧气的过程。
“他们当时设计的标准是每小时10克的氧气转化效率，但由于种种原因，最终在火星表面实现了每小时约6克的转化效率。”姚颖方表示，“效率非但不高，而且据说那个装置还非常笨重，很有可能需要不断地更换电池，这意味着要发射很多次飞船，每次发射都大大增加载荷。”
这篇论文里的这套地外人工光合成技术相对就简单多了，利用的也完全是地外的资源与环境来生产氧气、燃料和生存用品。
月球晚上的温度为零下173摄氏度，二氧化碳在零下78.5摄氏度会变成干冰，所以在月球夜间，可以将二氧化碳从人类呼出的气体中直接分离，再用月球表面开采的水资源分解出氢气和氧气，氧气供人呼吸，二氧化碳则和氢气放到一起。到了白天，月球温度高达127摄氏度时，可以巧妙实现原地原位二氧化碳加氢气转化成甲烷的过程。
“这样做最大的好处是可以大幅度降低火箭发射载荷，减少飞船飞往月球甚至更远外太空所需的成本，可以实现一个可承受且可持续的深空探测。”姚颖方说。
类比大航海时代，全世界已经达成一个共识，在不远的将来，我们将进入大航天时代。而且，目前已经有人前赴后继地探索太空，比如马斯克的SpaceX公司，以及亚马逊创始人Jeff Bezos等。
我国更是提出了要建设地月空间经济区，中国科学院院士、国际宇航科学院院士包为民曾估计，到2046年，我们每年在地月经济区的总产值至少达到10万亿美元的量级规模。
“如果我们想对地外世界进行大规模探索，就要尽可能少地依赖地球的补给，转而使用地外资源，实现地外循环系统，这样才能真正实现地月空间经济区。”姚颖方表示，“我们的战略是为可持续和可承受的外星生活环境提供一个‘零能耗’的生命保障系统。”
弥足珍贵的1克月壤
2021年7月12日注定是姚颖方一生都难以忘怀的日子。这天，他随邹志刚院士一起，到国家航天局探月与航天工程中心现场观礼了月壤发放仪式。同时，作为中国空间技术研究院联合研究团队成员，南京大学研究团队对1克月壤开展了研究。
“从头到尾的过程都让我激动不已！在此之前，我从未想过自己会加入到如此光荣的队伍里，而且我们还是第一批发放月壤的13家科研单位里唯一一个以材料、催化和能源作为切入点的联合研究团队。”姚颖方每每想起那一时刻，仍旧心潮澎湃。
别看此次用于研究的月壤只有1克，却弥足珍贵。要知道当年美国阿波罗号从月球带回、做为国礼送给我国领导人的月壤，也只有0.5克。
月壤接回南京大学后，被保存到学校为其量身打造的超净环境，该环境严格按照国家航天局颁发的《月球样品使用规定》设计，氧气含量不高于20ppm（parts per million，百万分率），水蒸气含量不高于50ppm 。同时，储存空间必须不间断、零死角监控，实验期间须进行实时影音记录和文字记录。

文章图片

在严格规定的环境中称量月壤。受访者供图
姚颖方至今都清晰地记得第一次用了0.02克月壤，当时还发生了一件好笑的事情。姚颖方想让自己的学生来开启这神圣的时刻，没想到学生太激动以至于不敢操作，亲自上阵的他也是格外紧张，“在称量0.02克月壤的时候，我整个手紧张到发抖，月壤实在太宝贵了。”