太阳化学：NASA 演示利用聚光太阳能从月壤中提取氧气的方法
NASA 研究人员已成功演示了一种利用聚光太阳能从模拟月球土壤中提取氧气的突破性方法。这一里程碑是通过碳热还原演示 (CaRD) 项目实现的，该项目利用太阳能驱动的化学反应来分解月壤，为人类在月球上的长期存在提供了一条可持续的途径。通过在当地生产生命支持消耗品和推进剂，这项技术显著减轻了从地球运输沉重物资的后勤负担。
原位资源利用 (ISRU) 技术的发展是 Artemis Program 的基石，该计划旨在月球南极建立永久基地。为了维持人类船员数月或数年的生活，航天机构必须摆脱对地球的完全依赖。直接从月球表面提取氧气——氧气在月球表面化学结合在月壤的矿物氧化物中——被认为是提供呼吸空气和火箭发动机液氧最有效的方式。
什么是 NASA 的碳热还原演示 (CaRD) 项目？
NASA 的碳热还原演示 (CaRD) 是一项技术试点，利用聚光太阳能通过太阳能驱动的化学反应从模拟月壤中提取氧气。在 2026 年 2 月 13 日，团队完成了集成原型测试，成功生产出氧气并确认了一氧化碳的产生。该项目集成了来自私营工业和多个 NASA 中心的硬件，以验证月球制造能力。
CaRD 项目代表了航空航天工程和行星科学领域的一次大规模协作。集成原型使用了由 Sierra Space 开发的碳热产氧反应器，并配备了由位于克利夫兰的 NASA’s Glenn Research Center 设计的高精密太阳能聚光器。为确保太阳能以高精度聚焦，团队采用了来自 Composite Mirror Applications 的专用反射镜。整个系统由 NASA’s Kennedy Space Center 开发的航电系统、软件和气体分析系统控制，而 NASA’s Johnson Space Center 负责整体项目管理和系统工程。
为什么从月壤中提取氧气对月球探测很重要？
从**月壤**中提取氧气至关重要，因为它能为宇航员提供**呼吸空气**，并在当地提供**火箭推进剂**，从而大幅降低太空任务的成本和复杂性。通过利用当地资源，NASA 可以最大限度地减少从地球发射所需的质量。这种能力是将月球从短期访问目的地转变为深空探测长期枢纽的关键。
这种“就地取材”方式的后勤优势不可估量。目前，运往月球的每一公斤氧气或燃料都需要消耗巨大的能量和费用才能摆脱地球引力。通过从**月球表面**获取氧气，任务规划者可以将更多的载荷能力分配给科学仪器和栖息地模块。此外，在月球上为航天器加油的能力可以将月球表面变成前往太阳系更深处（如火星）的任务的“加油站”。
一氧化碳在 CaRD 工艺中扮演什么角色？
在 CaRD 工艺中，一氧化碳作为关键的化学中间体，证实了加热后的**月壤**内金属氧化物的成功还原。在太阳能驱动的反应过程中产生一氧化碳，证明了碳热反应器正在有效分解化学键以释放氧气。同样的化学转化系统也可以进行调整，将二氧化碳转化为氧气和甲烷，用于未来的火星任务。
这种化学通用性使 CaRD 技术成为太阳系探测中的双重用途创新。虽然目前的重点是月球，但处理碳基气体的太阳化学直接适用于火星大气。在二氧化碳丰富的火星上，类似的反应器可以提供生命支持所需的氧气和回程推进剂所需的甲烷。集成原型测试已经确认，这些下游气体分析系统足够坚固，能够应对太空运行所需的严酷真空条件。
对 Artemis Program 及其未来的影响
CaRD 原型的成功测试标志着从理论研究向实际太空制造的过渡。通过证明聚光太阳能可以提供碳热还原所需的强热，研究人员证明了我们不需要依赖核能或庞大的电池阵列来进行热处理。这种对太阳能的依赖使该系统更具可持续性，且更容易部署在月球南极，那里的“永昼峰”提供了近乎恒定的日照。
- 资源可持续性：利用 100% 的当地月壤和可再生太阳能。
- 可扩展性：反应器设计可以扩大规模以支持更大的月球殖民地。
- 行星际实用性：核心技术适用于火星原位资源利用。
- 成本降低：显著降低深空中氧气的“每升价格”。
月球太阳化学的未来方向
展望未来，CaRD 团队计划改进太阳能聚光器和反应器的集成，以承受月球环境剧烈的温度波动。项目的未来阶段可能会涉及在更接近模拟月球大气和热条件的真空室中测试硬件。科学家们还在研究不同类型的月壤（从高地物质到玄武岩月海土壤）如何影响氧气提取工艺的效率。
NASA 的长期愿景包括在月球表面建立一个全自动氧气生产厂。此类设施将自主运行，在人类船员到达之前将氧气储存在低温储罐中。随着 Artemis 任务的推进，太阳化学和机器人采矿的整合将成为自给自足的月球经济的基础，为人类探索的下一次巨大飞跃铺平道路。
环境说明：在 NASA 专注于月球化学的同时，地球上的观察者今天可能会注意到大气活动增强。根据 2026 年 2 月 13 日的最新数据，在包括阿拉斯加费尔班克斯 (Fairbanks, Alaska) 和冰岛雷克雅未克 (Reykjavik, Iceland) 在内的北部地区可以看到中等 (G1) 极光，Kp 指数为 5。
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