歐洲航天局計(jì)劃從月塵和3D打印金屬中提取氧氣

魔猴君  知識(shí)堂   1571天前

對(duì)于那些在遠(yuǎn)處追隨各種旨在在月球或火星上進(jìn)行增材制造的項(xiàng)目的人，可能沒(méi)有想到：氧氣呢？在建造未來(lái)的太空棲息地時(shí)，宇航員將如何呼吸？

為了解決月球上定期供氧的問(wèn)題，歐洲航天局（ESA）正在探索一種可能依賴地球上已有技術(shù)的制氧廠的可能性。氧氣是金屬精煉工藝的副產(chǎn)品，用于制造3D打印金屬粉末。盡管氧氣以前在我們的本星球上沒(méi)有應(yīng)用，但該公司意識(shí)到氧氣可以為太空提供深遠(yuǎn)的用途。

月亮塵土中的氧氣和金屬。圖片由ESA提供。

月球塵埃或月球重石是覆蓋月球的細(xì)小巖石層，與地球上的礦物沒(méi)有什么不同。它由與鐵和鈦等金屬結(jié)合的45％的氧氣組成。提取氧氣的過(guò)程稱為熔融鹽電解。在施加電流之前，將礦物放置在專用室內(nèi)加熱到950°C的熔融氯化鈣鹽中。氧氣被吸引到陽(yáng)極，剩下金屬粉末。“幾年前，我們意識(shí)到陸地礦物提取過(guò)程中看似不重要的副產(chǎn)品可能在太空探索中具有深遠(yuǎn)的應(yīng)用。” Metalysis董事總經(jīng)理Ian Mellor說(shuō)。 “我們希望繼續(xù)與ESA和我們的工業(yè)合作伙伴一起探索如何使我們的地球技術(shù)在太空中使用。”

Beth Lomax和Alexandre Meurisse進(jìn)行了測(cè)試。圖片由ESA提供。

ESA在2020年1月在位于荷蘭Noordwijk的歐洲空間研究與技術(shù)中心（ESTEC）的材料和電氣組件實(shí)驗(yàn)室建立了原型氧氣廠時(shí)，就證明了該工藝可以應(yīng)用于重排石。 。格拉斯哥大學(xué)的Beth Lomax表示：“在Metalysis中，該過(guò)程產(chǎn)生的氧氣是有害的副產(chǎn)物，而是以二氧化碳和一氧化碳的形式釋放，這意味著反應(yīng)器的設(shè)計(jì)本身不能承受氧氣。因此，我們不得不重新設(shè)計(jì)ESTEC版本，以便能夠測(cè)量氧氣。實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)在安裝和安全操作方面非常有幫助。”

模擬月塵的模擬物進(jìn)行氧氣提取。圖片由ESA提供。

隨著項(xiàng)目的繼續(xù)，團(tuán)隊(duì)正在探索收集和儲(chǔ)存氧氣的可能性，以及使用過(guò)程中產(chǎn)生的金屬進(jìn)行3D打印的可能性。這包括回答問(wèn)題，例如這些金屬是否可以直接3D打印或需要改進(jìn)。 go石中金屬的確切組合取決于在月球上的何處獲取。負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的ESA材料工程師Advenit Makaya表示：“該項(xiàng)目將幫助我們了解有關(guān)Metalysis的過(guò)程的更多信息，甚至可能成為在月球上建立自動(dòng)中試制氧設(shè)備的墊腳石–加上金屬的額外好處3D打印機(jī)可以用來(lái)制造建筑材料的合金。”

氧氣最終將被用于提供可呼吸的空氣和火箭燃料，而這些金屬可用于在月球上進(jìn)行3D打印，包括用于棲息地建設(shè)。這將有可能維持月球上的生命，而無(wú)需花費(fèi)從地球發(fā)送物質(zhì)的費(fèi)用。

月亮村莊概念的例證。圖片由ESA提供。

點(diǎn)評(píng)：從月球上發(fā)現(xiàn)的資源中獲取氧氣顯然對(duì)未來(lái)的登月者來(lái)說(shuō)非常有用，無(wú)論是呼吸還是在當(dāng)?shù)厣a(chǎn)火箭燃料。現(xiàn)在我們已經(jīng)擁有了運(yùn)行中的設(shè)施，我們可以對(duì)它進(jìn)行微調(diào)，例如，通過(guò)降低工作溫度，最終設(shè)計(jì)出該系統(tǒng)的一種版本，該系統(tǒng)有一天可以飛到月球上進(jìn)行操作。”同時(shí)，分解正在完善氧氣提取技術(shù)，以產(chǎn)生盡可能多的氣體，以最大限度地利用其在月球應(yīng)用中。修改包括更改電流和試劑以增加氧氣量。同時(shí)，他們?cè)噲D降低生產(chǎn)溫度所需的溫度，以降低能源成本。艙室也將做得更小，以便可以更有效地發(fā)送到月球。此外，ESA和Metalysis發(fā)起了一項(xiàng)挑戰(zhàn)，尋求外部工程師開(kāi)發(fā)用于跟蹤氧氣產(chǎn)生的過(guò)程中監(jiān)控系統(tǒng)。 該項(xiàng)目的總體目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)試驗(yàn)工廠，該工廠將能夠在月球上可持續(xù)運(yùn)行。

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