月球資源如何開發？中國科學家提出新思路

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“踏月凌天探星河”，中國“追月”之路步履不停。目前，我國探月工程四期任務和載人登月任務已開始實施，后續將建立國際月球科研站，月球基地也在遠期規劃中。

近日，中國科學院院士、中國空間技術研究院研究員楊孟飛等學者在《中國空間科學技術》上發表學術論文，提出未來月球資源開發利用的新思路，旨在為后續科學研究和工程任務實施提供參考。

新階段有新任務

嫦娥六號要實現月球背面的采樣返回；嫦娥七號將到達月球南極，開展水冰資源探測；嫦娥八號與嫦娥七號共同建立月球科研站的基本型；到2030年前后，我國計劃實現載人登陸月球……隨著我國探月工程四期穩步推進，月球探測將迎來新一波熱潮。

楊孟飛表示，當前，月球探測任務逐步由探測勘察進入到開發利用新階段。“月面資源的勘查、開發和利用將是未來月球探測的核心任務之一。”他說。

現有探測結果已表明，月球表面具有儲量豐富的資源。其中，月壤中含有豐富的氧和硅、鈣、鎂等礦物資源，太陽風揮發分給月球注入氫的同位素、氦-3、碳和氬等資源，月球南極可能存在水冰。同時，月球本身具備良好的位置和環境資源，包括真空、深低溫、空間輻射等。

最新發表的論文提出，應重點圍繞這些資源，發展原位制氧和燃料生產新技術，探索硅基等關鍵礦物資源的冶煉提純方法，發展氦-3等能源資源開發方法，發展月面基礎設施自主建造技術。

取水、制氧、建造已有基礎

論文介紹，來自中國空間技術研究院錢學森空間技術實驗室的科學家在月球資源利用方面已經取得一系列前沿進展。諸多關鍵技術的突破有望為將來在月球上“取水”“制氧”“建造”奠定基礎。

為了在月球極區規模化提取水冰，科學家近期提出一種新辦法并制備出原理樣機，實現了含冰月壤的鉆取、密封與光熱相變蒸發“一體化”的提取。論文介紹，在典型月面環境下開展的一系列試驗驗證了這一技術路線的可行性。

同時，科學家針對利用月球資源“制氧”提出全新的“地外人工光合作用”技術路線。楊孟飛指出：“目前完成關鍵催化材料開發、原理實驗驗證以及流體回路設計，研制了空間試驗載荷樣機和規模化裝置，計劃進一步搭載空間站完成空間試驗。”

此外，圍繞月面建造，科學家基于對高真空、低重力條件下相關科學問題的深入研究，提出了適應月球特殊環境和月壤材料特性的原位建造方法，并搭建了“靜電輸運?聚光熔融月壤3D打印地面原理試驗系統”。

在科學家們看來，月球極端環境利用為開展基礎科學研究提供天然理想的綜合實驗場，將催生重大科學發現和顛覆性科技成果。

五大任務直面挑戰

楊孟飛看到，當前，面對極端月面環境、獨特月壤理化特征、無人自主控制等挑戰，月球資源開發仍然存在重大挑戰。為應對這些挑戰，論文提出五項重點任務，包括資源勘探、資源開采、資源轉化、資源利用和環境效應等。

其中，“資源勘探”任務要發展資源探測新方法和聯合反演新理論，為月球采礦選址提供基礎。“資源開采”任務要發展規模化資源開采和轉化利用新方法，突破探采一體的無人自主采礦新原理。“資源轉化”任務要發展地外碳氧循環技術，突破原位制備氧氣、燃料的新原理和新技術。“資源利用”任務要探索關鍵器件月面制造、月壤致密化成型和增材制造新方法。“環境效應”任務則要發展月球極端環境的地面模擬理論和月面綜合環境實驗室建設方法。

此外，論文還提出，建議我國在2035年左右構建環月與月面相結合的資源勘探能力，形成全時段地月一體化測控與導航系統，開展共性技術研究和關鍵技術攻關；到2045年左右，構建月球科研站，開展資源利用關鍵技術在軌驗證，實現小規模試采；2065年左右構建月球基地/工廠，實現大規模、長周期、高效益資源開發與利用、月球旅游。