行業(yè)前沿 | 重返月球：太空公司正模擬用月巖制造太陽(yáng)能電池板|天天資訊

“Blue Origin是一家試圖用月球泥土制造太陽(yáng)能(000591)電池的公司，其目標(biāo)是有朝一日使人類在月球上生活成為現(xiàn)實(shí)。

作者：Justine Calma|

編譯：唐詩(shī) |

【資料圖】

利用月球上的泥土來(lái)制造太陽(yáng)能電池的想法可能聽(tīng)起來(lái)不太現(xiàn)實(shí)，但其實(shí)目前已經(jīng)有兩家公司表示他們?cè)谶@方面取得了重大進(jìn)展：他們都表示說(shuō)已經(jīng)使用月球巖石的變體制造了太陽(yáng)能電池。

總部位于華盛頓州肯特的航空航天公司藍(lán)色起源（Blue Origin）已經(jīng)展示了一種用月球巖石制造太陽(yáng)能電池板的工藝。藍(lán)色起源公司由零售業(yè)億萬(wàn)富翁杰夫-貝佐斯（Jeff Bezos）于2000年創(chuàng)立，目前正在開(kāi)發(fā)新格倫火箭。

然而，作為其實(shí)現(xiàn)在月球表面作業(yè)的愿望的一部分，該公司本周早些時(shí)候透露，其"藍(lán)色煉金術(shù)士"工藝已成功制造出在月球上生產(chǎn)太陽(yáng)能電池板所需的材料，而不需要從地球運(yùn)輸任何材料。

另外，旨在為“大規(guī)模太空工業(yè)化”開(kāi)發(fā)技術(shù)的月球資源公司(Lunar Resources)近日在電話會(huì)議上告訴記者，過(guò)去幾年這家公司也一直在做同樣的事情。

希望這項(xiàng)技術(shù)有朝一日可以為月球上的人類生活提供動(dòng)力。

01

月球就地資源利用

每家試圖登陸月球的公司仍然需要實(shí)現(xiàn)技術(shù)上巨大的飛躍：從在地球上的實(shí)驗(yàn)室里用模擬的月球泥土制造太陽(yáng)能電池，到在嚴(yán)酷的月球表面完成同樣的事情，這中間的技術(shù)難度可不是一星半點(diǎn)。

但這是一個(gè)醞釀了幾十年的夢(mèng)想。如果這項(xiàng)技術(shù)能夠獲得成功，可以作為登月計(jì)劃的解決方案——建立月球上的前哨基地。

利用月球資源來(lái)支持人類住區(qū)的想法，在技術(shù)上稱為就地資源利用（ISRU），直到最近才走出科幻小說(shuō)的領(lǐng)域?，F(xiàn)在，通過(guò)其阿爾忒彌斯計(jì)劃，美國(guó)宇航局正在尋求建立“月球上的第一次長(zhǎng)期存在”。

“10年前他們?cè)贗SRU笑，五年前他們不再笑了，現(xiàn)在他們真的在說(shuō)，"嘿，這很重要，我們必須這樣做。"”月球資源首席技術(shù)官、休斯頓大學(xué)物理學(xué)名譽(yù)教授亞歷克斯 · 伊格納季耶夫說(shuō)。

伊格納季耶夫說(shuō)，他在15年前向美國(guó)宇航局提出了使用月球材料制造太陽(yáng)能電池的想法。他說(shuō)，該項(xiàng)目最終失去了資金。（NASA沒(méi)有立即回應(yīng)其請(qǐng)求）。從那以后，伊格納季耶夫更幸運(yùn)地在私營(yíng)部門推動(dòng)了這個(gè)想法。四年前，月球資源計(jì)劃在美國(guó)宇航局，國(guó)防部和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的資助下啟動(dòng)。

但他表示，這個(gè)概念來(lái)自美國(guó)宇航局對(duì)從月球泥土或月球風(fēng)化層中提取氧氣的研究。這個(gè)過(guò)程的副產(chǎn)品是金屬和其他有價(jià)值的材料，伊格納季耶夫認(rèn)為可以用來(lái)制造太陽(yáng)能電池。

“廢料是你從中提取氧氣的金屬。對(duì)我來(lái)說(shuō)，這不是浪費(fèi)材料。這是我可以利用的東西?！币粮窦{季耶夫告訴記者。

月球資源公司首席執(zhí)行官艾略特·卡羅爾（Elliot Carol）表示：“月球上存在所有有價(jià)值的金屬，就等著我們?nèi)ラ_(kāi)采了。”

02

"藍(lán)色煉金術(shù)士"工藝

覆蓋月球的風(fēng)化層與地球的土壤完全不同。月球沒(méi)有大氣層，所以它的表面不斷被微隕石撞擊。這種撞擊的結(jié)果是形成了月球風(fēng)化層，類似污垢的碎片恰好富含金屬和硅——對(duì)太陽(yáng)能電池至關(guān)重要。

像半導(dǎo)體一樣，太陽(yáng)能電池板也是由硅制造的，而且這種硅必須非常純凈，才能使最終產(chǎn)品有效地捕捉陽(yáng)光進(jìn)行發(fā)電。硅經(jīng)過(guò)化學(xué)品處理，一旦陽(yáng)光中的光子照射到表面，它就能轉(zhuǎn)移電子，電子是原子的組成部分之一，它們?cè)陔娋€中的轉(zhuǎn)移也會(huì)產(chǎn)生電力。

藍(lán)色起源的"藍(lán)色煉金術(shù)士"工藝?yán)秒娏鲗⒀鯕鈴匿X、鐵和硅中分離出來(lái)，這樣做有兩方面的好處，不僅可以生產(chǎn)硅，還可以為火箭提供燃料，為生命支持系統(tǒng)提供投入。整個(gè)過(guò)程在1600攝氏度的溫度下進(jìn)行。

其中一個(gè)反應(yīng)堆中不斷上升的氧氣氣泡顯示金屬和類金屬與氧氣分離

圖片：藍(lán)色起源

伊格納季耶夫解釋說(shuō)，將碎片變成寶藏的方法是通過(guò)一種稱為熔融風(fēng)化層電解（Molten Regolith Electrolysis）的過(guò)程。月球風(fēng)化層在極高的溫度下熔化，然后用電流射穿以提取鐵、硅和鋁。同時(shí)在這個(gè)過(guò)程中也會(huì)分離出氧氣。這產(chǎn)生了制造太陽(yáng)能電池的基本成分。只需要將這些東西組合在一起，就可以制作成一塊太陽(yáng)能電池板，藍(lán)色起源公司聲稱，該工藝可以擴(kuò)大規(guī)模以支持任何級(jí)別的月球操作。

“我們的方法——"藍(lán)色煉金術(shù)士"工藝，可以無(wú)限擴(kuò)展，消除月球上任何地方對(duì)于電力的限制?！彼{(lán)色起源在宣布該技術(shù)時(shí)表示。

但這是一家似乎尚未使用真正的月球泥土測(cè)試其技術(shù)的公司，畢竟地球上沒(méi)有足夠的東西來(lái)分發(fā)給每個(gè)試圖用風(fēng)化層進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的商業(yè)太空公司。

為了測(cè)試他們的工藝，研究人員首先開(kāi)發(fā)了他們自己的月球巖石的變體。據(jù)藍(lán)色起源公司稱，這些材料被稱為"雷石模擬物"，使其與月球巖石在“化學(xué)和礦物學(xué)上等效”。然后，這些模擬物通過(guò)一個(gè)被稱為"熔融雷石電解"的過(guò)程，將它們置于高溫和電流下，使其成分元素相互分離。

03

重返月球還需時(shí)間

能夠在月球上生產(chǎn)氧氣將提供各種好處。這不僅對(duì)人類的持續(xù)運(yùn)作至關(guān)重要，因?yàn)樗巧С窒到y(tǒng)所必需的，而且對(duì)發(fā)射火箭也是至關(guān)重要的?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)使用燃料，通常是煤油，如SpaceX的獵鷹9號(hào)，或氫氣，如NASA的太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）火箭。這種燃料通過(guò)與氧氣混合進(jìn)行點(diǎn)火。這也促使NASA開(kāi)發(fā)了一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目，在月球表面鋪設(shè)5公里長(zhǎng)的管道，將氧氣從源頭運(yùn)送到儲(chǔ)存廠。

藍(lán)色起源公司還說(shuō)，這個(gè)過(guò)程是完全環(huán)保的，因?yàn)樗梢詢艋韪哌_(dá)99.99%，而不像地球上那樣使用任何有害的化學(xué)品。它還能夠生產(chǎn)出在月球上運(yùn)行的太陽(yáng)能電池板所需的玻璃，以保護(hù)它們不受惡劣環(huán)境的影響，因?yàn)榄h(huán)境不佳會(huì)導(dǎo)致電池板的壽命降低。

但話又說(shuō)回來(lái)，盡管月球風(fēng)化層的組成因地而異，但總體上是由約40%至45%的氧、20%的硅和10%的鋁組成，此外還有少量鐵和鈦。

真正的挑戰(zhàn)將是找到一種方法來(lái)產(chǎn)生融化風(fēng)化層所需的高溫。在實(shí)驗(yàn)室里證明風(fēng)化層熔融電解這類技術(shù)有效，與在條件嚴(yán)酷、塵土飛揚(yáng)的月球表面真空中證明這一技術(shù)的可行性相去甚遠(yuǎn)，因?yàn)樵虑虮砻娴臏囟炔▌?dòng)非常大。

藍(lán)色起源和月球資源都需要依靠反應(yīng)堆達(dá)到1500攝氏度以上的溫度。

“你必須把工具運(yùn)到月球上，對(duì)吧？”伊格納季耶夫說(shuō)?！拔覀兊姆磻?yīng)堆不小?！敝匾粐崳s2204.62磅。

月球資源公司首席執(zhí)行官艾略特·卡羅爾（Elliot Carol）表示：“測(cè)試工業(yè)技術(shù)的挑戰(zhàn)在于，它們比科學(xué)載荷更重?！?/p>

讓人們重返月球還需要數(shù)年時(shí)間。美國(guó)宇航局的阿爾忒彌斯三號(hào)登月任務(wù)已經(jīng)推遲了幾年，甚至可能推遲到2026年。

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