新浪科技：科学好故事 | 月球商业采矿新竞赛新浪科技2020-07-29 09:44:240阅( 三 )
哪里有挑战 ， 哪里就有航空工程师研究相关的解决方案 ， 洛克希德·马汀公司正在赞助一支研究团队 ， 用于研制一种叫做“维里塔斯（Veritas）”的探测器 ， 该公司将发射“麦肯德利斯号”月球登陆器致力实现商业月球有效载荷服务 ， 从而证明月球表面存在水冰 。
“维里塔斯”探测器将携带足够使用一整天的电池进入永久阴影陨坑 ， 在陨坑底部着陆后该探测器将在200米半径范围的周边方向发射6个小型、装满传感器的“松鼠”包裹 ， 使用探地雷达和传感器系统的勘测数据 ， 该探测器可在不需要额外重量、成本和其他限制的情况下进行广域勘测 。
一旦发现月球存在水冰的秘密 ， 接下来就是考虑如何将水冰加工为火箭燃料 ， 随着时间推移 ， 该发现将演变为商业太空竞争和国家太空规划 。
月球探索炙手可热
文章图片
图3/6月球采矿并不完全像地球陆地采矿 ， 部分月球采矿支持者现已设计一种新方法从冰冷月球表层土中解冻冰层 ， 该方法是“热采矿法” 。
热采矿法是将足够高温度的热量直接施加至月球表面 ， 将冰转化为水蒸汽 ， 本质上是通过升华过程越过液相（liquid phase） ， 之后蒸汽会被收集在一个较大的遮篷中 ， 重新冷冻然后运送到一个电解站 ， 在那里冰会被分解成氢和氧 。
最新研究表明该方法可以从月球物质中成功提取燃料成分 ， 报告称 ， 创新概念研究中 ， 直接加热会使冰升华 ， 证明热采矿法是切实可行的 。
同时 ， 该研究报告还评估了在月球建造一处燃料基地的最终规模 ， 推进剂生产设备重量为26多吨 ， 每年可生产1100吨推进剂燃料 ， 可开发部署在月球表面 ， 成本大约 25亿美元 。 初步商业案例分析显示 ， 如果推进剂生产运行时间至少为10年 ， 那么依据商业和政府对推进剂的需求（包括帮助地球同步卫星到达最终轨道的最高阶段） ， 可实现产能正回报 。
直接加热使冰升华的效果已在含冰风化层样本中得到证实
研究人员警告称 ， 该操作过程必须对样本加热至很高的温度 ， 从而确保在有效工业水平将冰转化为蒸汽 。 初步估算显示 ， 工业规模热采矿处理需要2.8兆瓦电力 ， 问题的关键在于如何在月球陨坑中制造如此多的电能 。
文章图片
图4/6一种方案是在陨坑深处建造一个小型核反应堆 ， 目前美国宇航局致力于该技术的研发 ， 并取得了一些技术突破 。 2018年 ， 美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室、内华达国家安全站和美国宇航局合作 ， 使用斯特灵技术千瓦反应堆（KRUSTY）实现28小时全功率电能供应 。
美国宇航局喜欢这种裂变反应堆 ， 因为它可以连接至斯特林发动机 ， 这是一个封闭循环、能量可再生设备 ， 并且使用寿命长 ， 维护费用低 ， 是一种能有效为外太空热采矿作业提供动力的能源制造方案 。
然而 ， 斯特灵技术千瓦反应堆使用的是Y-12高浓缩铀（HEU）作为燃料来源 ， HEU反应堆更轻 ， 像这样的紧凑型动力源在太空环境中具有一定优势 ， 但是该设施很容易转换为改良型核设备 ， 其使用过程必须充分考虑后勤保障和严格的安全监督 。
由于这些原因 ， 过去几年时间里科学家研制一批小型、商用低浓缩铀（LEU）反应堆 ， 它们被称为微型模块反应堆 ， 简称MMR 。 目前 ， 研制商用低浓缩铀的公司正在积极满足月球采矿的需求 ， 部分公司已将他们的最新技术应用于太空领域 。
超安全核能公司（UltraSafe Nuclear Corp）就是其中一家公司 ， 该公司销售LEU裂变反应堆 ， 并制造一种“Pylon”反应堆 。 公司研究人员指出 ， 在永久阴影陨坑中勘探月球资源 ， 并利用热能处理当地资源非常适合核能开发利用 ， 然而尽管反应堆提供电能的前景非常好 ， 具有很广阔的开发潜力 ， 但出于技术发展和政策限制 ， 核能开发经常被排除在考虑范围之内 。 目前 ， 相关研究机构表示 ， 太空核能研发技术和政策的瓶颈限制可以突破 。
如果未来美国宇航局计划在月球陨坑深处进行开采 ， 超安全核能公司非常明确地表示 ， 该公司的产品符合该项太空任务的要求规格 ， “Pylon”反应堆就可以 ， 未来可通过一个大型商业月球有效载荷服务着陆器将该反应堆运送到月球表面 。
核能开发
在过去半个世纪里 ， 人们一直在考虑如果开发月球资源 ， 核能热采矿并不是唯一的选择 ， 欧洲航天局正在研制一种熔盐电解系统 ， 它被称为“首个直接将固体月球表层土模拟物加工成粉末”的例子 ， 该模拟物几乎可以提取所有氧气 ， 将月球风化层与融化的氯化钙盐放在一个金属篮子中作为电解液 ， 之后再加热 。
文章图片
图5/66、欧洲航天局正在研制一种熔盐电解系统 ， 它被称为“首个直接将固体月球表层土模拟物加工成粉末”的例子 ， 该模拟物几乎可以提取所有氧气 ， 将月球风化层与融化的氯化钙盐放在一个金属篮子中作为电解液 ， 之后再加热 。该系统仅需将风化层物质加热至950摄氏度 ， 而不是融化表层土 。 依据欧洲航天局的观点 ， 电流可使氧气离开表层 ， 穿过盐层 ， 在阳极区域收集起来 ， 作为一个额外的好处 ， 该处理过程可以从月球风化层提取可用的金属合金 。
推荐阅读
- 古都正|中国千年古都正在崛起“硬科技”
- 小米科技|外媒曝光：小米新奇想专利让超广角拍摄不失真
- 职场女性|巾帼不让须眉：科技界又多了一位女掌门
- 服贸会|金融科技新成果集中“上新”服贸会，150家金融机构携手亮相
- 省属|赋予科研人员职务科技成果所有权 事关8家省属高校、科研院所
- 【行走自贸区】三亚崖州湾科技城：企业人才纷至沓来|【行走自贸区】三亚崖州湾科技城：企业人才纷至沓来
- 创新服贸|创新服贸 互惠共享 | 智能科技改变生活 服务贸易添新元素
- 创新服贸 互惠共享 | 智能科技改变生活 服务贸易添新元素
- 新浪财经：丁健：新基建和数字化转型 都必须先面对标准化的问题新浪财经2020-08-29 14:47:060阅
- 科学知识|「图片新闻」兰州市欣欣嘉园社区和倍豪智创科技中心联合开展“探索七彩世界·普及科学知识”实践活动