“踏月凌天探星河”，中國“追月”之路步履不停。目前，我國探月工程四期任務(wù)和載人登月任務(wù)已開始實(shí)施，后續(xù)將建立國際月球科研站，月球基地也在遠(yuǎn)期規(guī)劃中。
近日，中國科學(xué)院院士、中國空間技術(shù)研究院研究員楊孟飛等學(xué)者在《中國空間科學(xué)技術(shù)》上發(fā)表學(xué)術(shù)論文，提出未來月球資源開發(fā)利用的新思路，旨在為后續(xù)科學(xué)研究和工程任務(wù)實(shí)施提供參考。
新階段有新任務(wù)
嫦娥六號(hào)要實(shí)現(xiàn)月球背面的采樣返回；嫦娥七號(hào)將到達(dá)月球南極，開展水冰資源探測；嫦娥八號(hào)與嫦娥七號(hào)共同建立月球科研站的基本型；到2030年前后，我國計(jì)劃實(shí)現(xiàn)載人登陸月球……隨著我國探月工程四期穩(wěn)步推進(jìn)，月球探測將迎來新一波熱潮。
楊孟飛表示，當(dāng)前，月球探測任務(wù)逐步由探測勘察進(jìn)入到開發(fā)利用新階段。“月面資源的勘查、開發(fā)和利用將是未來月球探測的核心任務(wù)之一。”他說。
現(xiàn)有探測結(jié)果已表明，月球表面具有儲(chǔ)量豐富的資源。其中，月壤中含有豐富的氧和硅、鈣、鎂等礦物資源，太陽風(fēng)揮發(fā)分給月球注入氫的同位素、氦-3、碳和氬等資源，月球南極可能存在水冰。同時(shí)，月球本身具備良好的位置和環(huán)境資源，包括真空、深低溫、空間輻射等。
最新發(fā)表的論文提出，應(yīng)重點(diǎn)圍繞這些資源，發(fā)展原位制氧和燃料生產(chǎn)新技術(shù)，探索硅基等關(guān)鍵礦物資源的冶煉提純方法，發(fā)展氦-3等能源資源開發(fā)方法，發(fā)展月面基礎(chǔ)設(shè)施自主建造技術(shù)。
取水、制氧、建造已有基礎(chǔ)
論文介紹，來自中國空間技術(shù)研究院錢學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家在月球資源利用方面已經(jīng)取得一系列前沿進(jìn)展。諸多關(guān)鍵技術(shù)的突破有望為將來在月球上“取水”“制氧”“建造”奠定基礎(chǔ)。
為了在月球極區(qū)規(guī)模化提取水冰，科學(xué)家近期提出一種新辦法并制備出原理樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了含冰月壤的鉆取、密封與光熱相變蒸發(fā)“一體化”的提取。論文介紹，在典型月面環(huán)境下開展的一系列試驗(yàn)驗(yàn)證了這一技術(shù)路線的可行性。
同時(shí)，科學(xué)家針對(duì)利用月球資源“制氧”提出全新的“地外人工光合作用”技術(shù)路線。楊孟飛指出：“目前完成關(guān)鍵催化材料開發(fā)、原理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以及流體回路設(shè)計(jì)，研制了空間試驗(yàn)載荷樣機(jī)和規(guī)模化裝置，計(jì)劃進(jìn)一步搭載空間站完成空間試驗(yàn)。”
此外，圍繞月面建造，科學(xué)家基于對(duì)高真空、低重力條件下相關(guān)科學(xué)問題的深入研究，提出了適應(yīng)月球特殊環(huán)境和月壤材料特性的原位建造方法，并搭建了“靜電輸運(yùn)?聚光熔融月壤3D打印地面原理試驗(yàn)系統(tǒng)”。
在科學(xué)家們看來，月球極端環(huán)境利用為開展基礎(chǔ)科學(xué)研究提供天然理想的綜合實(shí)驗(yàn)場，將催生重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和顛覆性科技成果。
五大任務(wù)直面挑戰(zhàn)
楊孟飛看到，當(dāng)前，面對(duì)極端月面環(huán)境、獨(dú)特月壤理化特征、無人自主控制等挑戰(zhàn)，月球資源開發(fā)仍然存在重大挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，論文提出五項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)，包括資源勘探、資源開采、資源轉(zhuǎn)化、資源利用和環(huán)境效應(yīng)等。
其中，“資源勘探”任務(wù)要發(fā)展資源探測新方法和聯(lián)合反演新理論，為月球采礦選址提供基礎(chǔ)。“資源開采”任務(wù)要發(fā)展規(guī)模化資源開采和轉(zhuǎn)化利用新方法，突破探采一體的無人自主采礦新原理。“資源轉(zhuǎn)化”任務(wù)要發(fā)展地外碳氧循環(huán)技術(shù)，突破原位制備氧氣、燃料的新原理和新技術(shù)。“資源利用”任務(wù)要探索關(guān)鍵器件月面制造、月壤致密化成型和增材制造新方法。“環(huán)境效應(yīng)”任務(wù)則要發(fā)展月球極端環(huán)境的地面模擬理論和月面綜合環(huán)境實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方法。
此外，論文還提出，建議我國在2035年左右構(gòu)建環(huán)月與月面相結(jié)合的資源勘探能力，形成全時(shí)段地月一體化測控與導(dǎo)航系統(tǒng)，開展共性技術(shù)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)；到2045年左右，構(gòu)建月球科研站，開展資源利用關(guān)鍵技術(shù)在軌驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)小規(guī)模試采；2065年左右構(gòu)建月球基地/工廠，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、長周期、高效益資源開發(fā)與利用、月球旅游。
“當(dāng)前，世界航天已進(jìn)入到‘大航天時(shí)代’的歷史機(jī)遇期。”楊孟飛表示，“正如大航海時(shí)代創(chuàng)造的奇跡一樣，以月球資源開發(fā)利用為代表的‘大航天時(shí)代’將會(huì)創(chuàng)造人類發(fā)展史的下一個(gè)奇跡！”
本文鏈接：月球資源如何開發(fā)？中國科學(xué)家提出新思路http://www.lensthegame.com/show-11-2702-0.html
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