歐洲航天局計劃從月塵和3D打印金屬中提取氧氣

魔猴君  知識堂   1474天前

對于那些在遠處追隨各種旨在在月球或火星上進行增材制造的項目的人，可能沒有想到：氧氣呢？在建造未來的太空棲息地時，宇航員將如何呼吸？

為了解決月球上定期供氧的問題，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有應(yīng)用，但該公司意識到氧氣可以為太空提供深遠的用途。

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小巖石層，與地球上的礦物沒有什么不同。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。氧氣被吸引到陽極，剩下金屬粉末?！皫啄昵?，我們意識到陸地礦物提取過程中看似不重要的副產(chǎn)品可能在太空探索中具有深遠的應(yīng)用?！?Metalysis董事總經(jīng)理Ian Mellor說。 “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進行了測試。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驗室建立了原型氧氣廠時，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)計本身不能承受氧氣。因此，我們不得不重新設(shè)計ESTEC版本，以便能夠測量氧氣。實驗室團隊在安裝和安全操作方面非常有幫助?！?/span>

模擬月塵的模擬物進行氧氣提取。圖片由ESA提供。

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

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，而無需花費從地球發(fā)送物質(zhì)的費用。

月亮村莊概念的例證。圖片由ESA提供。

點評：從月球上發(fā)現(xiàn)的資源中獲取氧氣顯然對未來的登月者來說非常有用，無論是呼吸還是在當(dāng)?shù)厣a(chǎn)火箭燃料。現(xiàn)在我們已經(jīng)擁有了運行中的設(shè)施，我們可以對它進行微調(diào)，例如，通過降低工作溫度，最終設(shè)計出該系統(tǒng)的一種版本，該系統(tǒng)有一天可以飛到月球上進行操作?！蓖瑫r，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，他們試圖降低生產(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)起了一項挑戰(zhàn)，尋求外部工程師開發(fā)用于跟蹤氧氣產(chǎn)生的過程中監(jiān)控系統(tǒng)。 該項目的總體目標(biāo)是創(chuàng)建一個試驗工廠，該工廠將能夠在月球上可持續(xù)運行。

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