2024 年 10 月 28日

 

• 一個國際團隊正在實驗室測試從月球風化層中提取水的技術。
• 德國太空中心與布倫瑞克工業大學的其他歐洲計畫參與者一起，對如何從模擬月球塵埃中提取冰進行了實驗室測試。
• 所得的水可用作飲用水、用於氧氣生產或用於在太空中生產氫基火箭燃料。
• 焦點：太空旅行

 

在太空中提取水對於探索太陽系至關重要。在德國航空航天中心 (DLR) 的領導下，LUWEX 研究項目開發了一種工藝，現在已在布倫瑞克工業大學 (TU) 持續數月的實驗階段進行了大規模測試。目標是每次嘗試至少獲得半公升水。

作為LUWEX（用於原位推進劑和消耗品生產的月球水提取和純化技術的驗證）研究項目的一部分，研究人員開發了一種工藝，可以從含冰的月球塵埃（風化層）中提取和純化水，以便使用火箭燃料和飲用水以供將來使用，並運送給駐紮在月球表面的太空人。該程序現已在實驗中成功測試。

博士。來自不萊梅 DLR 太空系統研究所的 Paul Zabel 對計畫結果感到滿意：「我們的目標是在每次測試中獲得至少半公升水，甚至超越了目標。在實驗中，我們能夠從模擬月球岩石中提取並處理近 65% 的水。在幾次實驗中，我們總共生產了超過三公升的乾淨水。

 

在實驗室中生產冰冷的月球風化層

在布倫瑞克工業大學 CoPhyLab（彗星物理實驗室）的熱真空室中，專案團隊將自製冰和合成月球風化層混合，形成塵冰模擬物，然後在熱真空室中提取水。為了製造冰，將非常細小的水滴霧在液態氮中驟冷。這會產生半徑為 2.4 微米的單一圓形水冰顆粒，大約是人類頭髮的二十分之一。然後將它們與月球風化層混合。

 

實驗室條件模擬月球

然後，月球冰模擬物進入德國太空中心開發的水提取系統。該系統位於熱真空室內，提供類似月球的條件。然後將剩餘的氣氛抽出，並加熱並攪拌模擬物以使熱量均勻分佈。由於低壓，冰不會液化，而是直接轉化為水蒸氣。然後將這種氣體收集在銅管上，並用液態氮冷卻至攝氏 -150 度。在那裡，氣體又凝結成冰。這就是冰和月球風化層分離的過程。當銅管上聚集了足夠的冰時，銅管就會被加熱，冰會滑落並液化成水。不來梅的德國太空中心開發了這個用於提取水的子系統。實驗結束時，對水進行處理並檢查其品質。

 

在類似月球的條件下取得水

科學家測試了具有不同比例的月球風化層和冰的各種樣本，以確定水提取的最佳製程參數。該計畫的目標是用最少的能源從月球上提取最大量的水。一個問題是哪種溫度和攪拌速度最適合這一點。第二步，泰雷茲阿萊尼亞太空公司對所獲得的水進行了處理和淨化。感測器測量水質，並在實驗室對樣品進行更詳細的分析和處理。

「我們能夠成功地演示整個系統在不同條件下的工作原理。這是未來月球任務技術開發的重要一步。

 

國際協作

來自德國、奧地利、波蘭和義大利的跨學科 LUWEX 團隊為自己設定了開發新型脫水機的目標。每個專案參與者提供一個或多個子系統或基礎設施。除德國航太中心外，參與此計畫的機構和公司還有布倫瑞克工業大學、LIQUIFER Systems Group、Thales Alenia Space、弗羅茨瓦夫科技大學和 SCANWAY SPACE。

 

[照片]

(A) 象徵形象：來自月球土壤的水用於太空旅行

在 LUWEX 計畫中，國際研究參與者正在研究從月球岩石中提取水的技術。

(B) 含冰的月球塵埃（風化層）

在 LUWEX 專案中，專案團隊將冰和合成月球風化層混合在一起，就像月球上實際發生的那樣。

(C) 布倫瑞克工業大學 CoPhyLab 的熱真空室

來自布倫瑞克工業大學的 Christopher Kreuzig博士（左）和來自 DLR 的 Luca Kiewiet 在熱真空室中進行實驗，該室提供了類似月球的條件。

(D) 從 Monregolith 中提取的水

Paul Zabel博士檢查了提取的水的兩個樣本：左邊是用泰雷茲阿萊尼亞空間處理系統清潔過的，右邊是仍然受到風化層污染的。

(E) 熱真空室中的 DLR 脫水系統

系統將冰和月球風化層分開。結果是液態水。

(F) 月球上可能出現冰

水可以以單一冰晶的形式存在，也可以直接凍結在岩石上。

(G) 月球南極（左）與北極（右）的冰分佈

藍色代表冰表面。