月球氧氣提取技術挑戰人類登陸火星的未來計劃

隨著人類重返月球的野心悄然改變，登陸和離開不再是目標，目標轉向了持續存在——建立永久的前哨基地，支持長期的人類駐留，並利用月球表面作為最終將人類送往火星的技術試驗場。而在實現這一未來的過程中，最基本的挑戰是：氧氣的來源在哪裡？大約 40% 至 45% 的月球表面覆蓋層（稱為月壤）由氧氣組成，使其成為月球表面最豐富的元素。氧氣雖然普遍存在，但並不像地球大氣中那樣以氣體形式存在。

它被束縛在礦物中：斜長石、輝石、橄欖石——這些化合物將氧氣與矽、鐵、鈣及其他金屬結合，將其固定在化學結構中，難以釋放。 現有的氧氣提取方案及其限制 多種技術已經被研究用於氧氣提取。氫還原法涉及將氫氣通過加熱的月壤，氫與鐵氧化物反應生成水，然後可以通過電解獲得氧氣。碳熱還原法則使用碳或甲烷在高温下提取氧氣。熔鹽電解和熔融月壤電解則通過施加電流來分解熔化的月球材料中的氧化物。

每種方法在原則上都可行，但都存在成本問題。氫還原法需要從地球進口氫氣，這種物流依賴性部分違背了在當地生存的目的。碳熱和電解方法需要大量的電力基礎設施，而在 1,600 至 2,000°C（2,912°F 至 3,632°F）進行電解需要的設備必須能夠在真空中承受反復的熱循環。

太陽真空熱解技術將成為月球氧氣生產的關鍵

利用月球本身提供的資源 研究團隊的重點是太陽真空熱解——這一過程利用月球上豐富的兩種資源：強烈的未經過濾的太陽輻射和近乎完美的自然真空。太陽真空熱解是一種特別適合月球條件的方法。它利用了月球的自然真空，所需的進口資源極少，並使用在月球上豐富的太陽能。集中陽光由鏡子聚焦並照射到小面積的月壤上，將材料加熱至極高的温度。在真空中，熱力學條件使金屬氧化物在比大氣壓下所需的温度更低的情況下分解。

氧氣以氣體形式釋放並被捕獲，金屬則以固體副產品的形式留下——這些金屬本身可用作月球基地的建設和製造原料。 在法國奧德伊洛的測試——這是世界上最強大的太陽爐設施之一——已經證明瞭這一概念的可行性。經過十五分鐘，月壤顆粒在焦點開始熔化；三十分鐘後，從表面冒出藍色氣體雲，表明月壤氧化物的蒸發。研究小組於 2026 年 2 月發表的測量數據首次量化了這一過程的氧氣產量：來自歐洲航天局 EAC-1 月壤模擬物的質量產氧量為 1.05%。

這一基本物理過程的成功，證明月球的自然環境——真空、陽光和被礦物鎖定的氧氣——為該過程提供了所需的一切。 通過在當地生產氧氣和材料，該過程將支持未來的月球基地，減少對地球的依賴。這種獨立性不僅僅是方便。在必須將每一項消耗品跨越一億四千萬英里運送到火星的任務中，學會在月球上就地製造氧氣是一場使真正表演成為可能的排練。這項研究最早發表在期刊《太空研究進展》中。