中國月球制水新技術曝光：1噸月壤制50公斤水，美國竟然要剽竊？

嫦娥五號月壤又有大發現，這次與水有關：中國科學院的科研團隊研究出了從月壤中提取水的新方法，1噸月壤竟然能製出50公斤以上的水，大大超出了想象，足以滿足人類在月球的生活所需！爲何此前早已實現載人登月的美國卻沒做到呢？現在我國直接開了源，公佈了制水方法，會不會被包括美國在內的其他國家學過去呢？

水在地球上很普通，但在月球上可是極爲珍貴。由於月球沒有大氣層，月晝的溫度又高達127℃，無法使水保持液態，所以至今爲止也沒在月球上發現過液態水。然而水既是航天員的生活必需品，也可用於生產火箭燃料。要想在月球上建立基地和開採資源，就必須要有水資源的保障。如果每次都要用飛船從地球向月球運水，那成本可就太高了。

因此，世界各國都在想盡辦法在月球上找水，誰能找到可以利用的水源，誰就佔據了開發月球的先機，最容易想到的辦法，當然就是從月球表面的月壤和月岩中提取。上個世紀60年代末到70年代，美國實施了阿波羅計劃，先後6次載人登月，一共帶回了382公斤月球樣品。但當時卻並沒有從中發現水的痕跡，一度使人們對月壤是否含水產生了誤解。

其實月壤和月岩並非完全不含水，只是含量極其微小，而且形式也和正常的水分子不一樣，以當時的技術並沒有檢測出來。到了1978年，蘇聯的無人採樣返回任務也帶回了月球樣品，科學家在其中發現了極微量的水，但並沒有引起全世界的重視。

直到1994年，美國的“克萊門汀”探測器在月球兩極探測到了水冰的信號，人們才意識到月壤可能並非不含水。在對阿波羅登月樣品重新檢測之後，確實發現了很少量的水。但這些水是以羥基形式存在的，並不是真正的水分子。難道月壤中真的沒有真正的水存在嗎？

我國的嫦娥五號打破了這一概念，它帶回了1731克月壤，中國科學家對其研究後得出了顛覆性的結論：月壤中確實含有以水分子形式存在的水。我國的科研團隊在嫦娥五號月球樣品中，發現了一種富含水分子和銨的未知礦物晶體ULM-1，分子式中存在6個結晶水分子，含水量高達41%，完全推翻了阿波羅登月樣品的結論。

根據月球礦物光譜儀的分析，如果把羥基水和分子水都算上，1噸月壤中約含120克水。1瓶飲用礦泉水的水量是500克，如果要在月球上生產出1瓶飲用水，理論上需要提取4噸多的月壤，成本過於高昂，並不實際。

但我國科學家最近公佈的月球制水新方法，卻恰恰打破了這個思維定式，“從無到有”的利用月壤造出了大量的水。1噸月壤竟然能生產出50多公斤水，足足夠裝100多瓶，而且是真正的“月球礦泉水”！這到底是如何實現的呢？關鍵就在於月壤特殊的成分，裡面隱藏着水的奧秘。

月球上既沒有空氣也沒有強大的磁場，所以太陽發出的太陽風粒子可以毫無阻礙地到達月球表面，轟擊月面的物質。太陽風主要的粒子就是質子，也就是氫原子核。這些質子打進月球表面物質內部之後，就變成了氫元素成分。而在月壤中還存在很多礦物，最常見的就是鈦鐵礦，含有大量的鐵氧化物。

這時您可能已經看出一些端倪了：水分子是由一個氫原子和兩個氧原子構成的，現在月壤中有現成的氫原子，也存在大量的氧原子，只要能讓它們結合起來，不就變成水了嗎？這可是個極爲創新的想法，而我國科學家不僅想到了，而且還做到了！那麼他們是如何實現讓月壤的氫和氧結合成水的呢？

要說辦法也很簡單，那就是加熱。將月壤加熱到高溫之後，氫原子會與鐵氧化物發生氧化還原反應，從而生成鐵金屬單質和大量的水。當溫度進一步升高到1000℃以上時，月壤會熔化，這些水就會以水蒸氣的形式釋放出來，再將水蒸氣凝結，就可以得到液態水了。

要說科研人員發出這個現象還是挺偶然的，當時對月壤加熱只是想研究氦氣的釋放，不料卻發現了滿屏幕的氣泡，而且通過電子能量損失譜確認了氣泡就是水蒸氣。那麼用這種方式最多能得到多少水呢？

根據實驗結果，1克月壤用這種方法可以獲得51~76毫克的水，1噸月壤就可以生產出51~76千克水，這可就是100多瓶礦泉水了，足以滿足50個人一天的飲用所需。而且月壤在月球上遍地都是，取之不盡用之不竭，完全可以生產出大量的水！但這時又有一個關鍵問題出現了：把月壤加熱到1000℃需要大量的能量，所需的能源在哪裡呢？

月球上沒有煤也沒有天然氣，如果需要依賴從地球上帶過去的燃料，那就得不償失了，肯定不可取，因此必須從月球本地獲得能量。這個熱源就是太陽能，是月球上最容易獲得的能量來源。人類發射的月球探測器，都採用了太陽能電池板來發電，我國的嫦娥三、四、五、六號以及玉兔一號、二號都是如此。月球的白天長度達到了14天，完全有足夠的能量來加工月壤。

但如何才能收集這些能量，用太陽能電池板發電後再拿電來加熱嗎？那樣就太複雜了，效率非常低。我國科學家想到的辦法是直接聚光，通過凹面鏡或菲涅爾透鏡，將太陽光聚焦到反應器中，把月壤加熱到熔融狀態，產生水蒸氣。這些水蒸氣冷凝後被儲存在水箱裡，可以用來飲用或培育植物，也可以電解生產氫氧燃料。

有意思的是這個反應不止產生了水，還附帶生成了另外兩種很有用的東西：金屬鐵和陶瓷玻璃。鐵的用途就太廣泛了，可以做磁鐵，也可以直接做成鋼材，用於建造月球基地或太空船。而月壤熔融後產生的陶瓷玻璃也不會被浪費，它可以做成磚塊，在月球上蓋房子，這樣可以節省大量的金屬材料，便於建立大型的月球城市，這可真是一舉三得了！

筆者倒有一個建議，那就是參考地球上的光熱電站，在月面上擺一個由上萬塊反射鏡組成的聚光陣列，通過控制反射鏡角度將太陽光聚焦到中央的聚光塔上。光熱電站使用熔鹽之類的儲熱物質來儲存熱量，只要將熔鹽換成月壤，就可以實現大規模的造水，產量會相當大，技術也比較成熟。

我國科學家研究出的造水方法，可貴之處在於實現了月球資源的原位利用，不需要大規模的太空運輸，就能獲得寶貴的水和其它資源，閉着眼就能看出是可行的，完全可以作爲下一步月球探索的方向。

其實在這個開創式的造水方法提出之前，人們想的最多的還是直接獲得月球上的水冰。目前比較有希望找到水冰的地點，是月球極地的永久陰影區。由於極地區域的太陽光照射角度很低，又存在很多很深的撞擊坑，在這些巨大撞擊坑的內部，有很多區域是永遠見不到陽光的，溫度可以低到零下180℃以下，如果有水就會凝固成冰，並且可以長期保存。

考慮到這些撞擊坑大多由來自柯伊伯帶的彗星造成，彗星本身就含有大量的水。在撞擊月球后，這些水並沒有完全散失到宇宙空間中，有可能還保存在撞擊坑內部的永久陰影區，形成了一個個“大水庫”。

2009年10月，美國的LCROSS項目用一枚半人馬座上面級火箭和“牧羊”探測器撞擊了月球南極的凱布斯撞擊坑，並且觀測到了水蒸汽和水冰碎片的信號，證實了撞擊坑內有水冰存在。

爲了進一步研究並獲得這些水資源，美國曾經計劃發射“毒蛇”號月球車，要深入月球南極的撞擊坑內部尋找水冰，但這個項目因爲大幅超期和超支，現在已被砍掉了。

而我國計劃在2026年發射的嫦娥七號，着陸區域也在月球南極區域。在登陸月球之後，嫦娥七號將會釋放一臺“飛躍器”，進入附近的沙克爾頓撞擊坑，尋找可能存在的水冰。

與前面講的月壤制水相比，這種找水的方法更加直接，有希望找到現成的巨量水資源，但也存在很大的不確實性，開採起來可能有較大難度。因此，這兩種辦法我們都不能放棄，要兩手準備。估計網友們會有一個擔心：既然月壤制水的方法都被公佈出來了，相當於“開源”，會不會被美國或其他國家學過去，這樣他們不就也能在月球上制水了嗎？

其實大可不必擔心，月壤制水的門檻還是很高的。且不說反應過程中很多關鍵的工藝流程並沒有公開，就單論把制水的設備送上月球，建造月球造水工廠，全世界就沒有幾個國家能做到。目前擁有重型火箭，能夠將大型裝置送到月球表面並且軟着陸，也就只有中、美、俄等極少數國家纔有這樣的實力了。

美國雖然在50多年前就實現了載人登月，但現在想重返月球卻遇到了極大的困難，“阿爾忒彌斯”登月計劃一拖再拖，而且在星艦登月版成熟之前，還無法確定登月的具體時間。俄羅斯近年來在探月方面一事無成，已經落伍。至於日本、印度等國，小打小鬧可以，想運設備上月球搞大規模建設，還是天方夜譚。

只有我們中國，不僅實現了月球採樣返回，接下來的嫦娥七號、八號任務還會建立月球科研站，會攜帶大量設備重載着陸，並在月球表面長期開展科學探測和試驗。

屆時如果能夠將月壤制水的儀器送到月球科研站，就可以開展試驗驗證，積累數據和經驗，這是其他國家在短期內根本無法做到的。等我國掌握了成熟的月球原位造水工藝，在月球開發上就能領先其他國家一大步了。