2025年人类有望实现月表“就地造氧”（下）

引 言

就在不远的四年以后，就在刚刚为我们展示过超级月全食的月球表面，人类将在真空环境中批量制造出可供呼吸的氧气！

在上篇文章中，报道了来自比利时的商业航天公司“太空应用服务”正在与欧洲航天局（以下简称欧空局）展开合作，将建造三个实验性反应堆。这些反应堆将使用“FCC剑桥工艺”制造氧气，并用于调整在月球上测试造氧的过程。

在月球如何就地取材造氧，将面临哪些挑战？何时能真正实现月表造氧？就这些疑问，在欧洲航天局任职25年、现任欧空局商业化和创新团队负责人伯恩哈德·霍芬巴赫( Bernhard Hufenbach)接受了“中宇航联”专访，给出了最新、最准确的答案。

欧空局的造氧计划到底是什么？

在开始我们的专访前，我们有必要了解一下欧空局的“造氧计划”。

中宇航联了解到，此次欧空局与太空应用服务公司的合作是作为该局计划于2025年进行的“原地资源利用示范（ISRU）任务”的一部分，将在月球上进行测试。

几年前欧洲航天局呼吁建立新的伙伴关系，以便在2025年前在月球上生产可饮用的水或可呼吸的氧气。当时，欧洲航天局表示将资助最好的项目建议，奖励达50万欧元。

欧洲航天局的计划是向商业供应商购买ISRU任务的所有服务。这包括通信、运输和操作任务所需的服务。太空应用服务公司，作为这份被称为 "ISRULAB "合同的一部分，将带领8家欧洲公司和研发机构组成一个联合体，设计、开发FFC系统（造氧所需工艺）。最后，在卢森堡新的欧洲太空资源创新中心（ESRIC）整合它们并优化流程。

▲ESRIC于2020年11月启动，是卢森堡航天局（LSA）和卢森堡科技研究所（LIST）与欧洲航天局（ESA）作为战略合作伙伴的一项联合行动，将成为国际公认的与太空资源利用有关的科学、技术、商业和经济方面的专业中心。（图源网络）

在中宇航联获得的一份太空应用服务公司针对这一项目的声明中，公司表示，今天的航天器必须从地球上携带它们在整个任务中所需要的所有氧气，用作燃料推进以及宇航员的生命维持。

“使航天器能够在太空中 "填满 "星际目的地资源，如氧气，将在未来几十年的太阳系探索中发挥关键作用。而从月球表面提取氧气的能力将使这些探索工作得以持续。ISRU示范任务将首次以“代表性规模化生产”的方式展示一个端到端的提取过程。

太空应用服务公司表示，公司的目标是建立一个商业上可行的，能够提供氧气的“月球工厂”。"ISRULAB "是优化技术的一个重要步骤，并有望在未来扩大到商业化的规模。

■ 受 访 者 简 介

Bernhard Hufenbach 伯恩哈德·霍芬巴赫

伯恩哈德·霍芬巴赫是欧洲航天局多个部门的负责人。目前担任欧洲航天局商业化和创新团队负责人。他还是欧洲航天局人类和机器人探索部门主任，还曾担任欧洲航天局太空战略规划和推广办公室的负责人。

伯恩哈德·霍芬巴赫在欧洲航天局任职长达25年，涉及和负责的领域包括战略规划、政策制定、方案评估和评价、战略伙伴关系发展、未来研究和方案定义、特别是太空探索方面的外联和技术发展。

伯恩哈德·霍芬巴赫拥有柏林技术大学和代尔夫特大学的太空系统和技术以及太空系统工程的双硕士学位。

编者注

欧洲航天局，成立于1975年，是一个致力于探索太空的政府间组织，拥有22个成员国，总部设在法国巴黎。欧空局长期与美国航天局合作，欧空局还参与了与俄罗斯和俄罗斯联邦航天局的协作项目，例如1994-95年的欧洲和平号飞行。另外，已经与日本建立起了重要而具体的合作关系，主要是在数据中继卫星和国际空间站硬件交换领域。此外，欧空局与新兴空间国家和发展中国家制订和进行了一些相互感兴趣的项目，援助它们开发自己的空间活动。

▲欧洲航天局（图源网络）

Part1

欧空局双管齐下致力月球原地造氧

中宇航联：为什么欧洲航天局会选择和商业航天公司合作开展这一月球造氧项目？

伯恩哈德·霍芬巴赫：该项目的目标是开发相关的硬件，并在此基础上进行研究，以便能够从月球月壤中提取氧气和金属。该项目是欧洲航天局的太空资源战略的补充实施，旨在开发利用月球资源的能力，以支持可持续地在月球表面进行的行动。

中宇航联：能否请您介绍此次与太空应用服务公司联合开发的制氧技术的原理是什么？

伯恩哈德·霍芬巴赫：本次项目中使用的工艺是FFC剑桥工艺。这一工艺是由Fray 教授、Farthing教授和Chen教授发明的。这是一个在熔融盐中的电化学过程。而在这一项目中使用的是氯化钙，在温度约为950℃的条件下进行分解。过程中，月壤/月尘以粉末或固体的形式被放入相关机器中，当电流通过时，氧气就会被释放出来。

中宇航联：我们知道除了这一次与太空应用服务公司的合作，欧洲航天局去年在荷兰开设了专门用于从月壤中提取氧气的“氧气工厂”。该原型氧气工厂位于荷兰诺德韦克的欧洲空间研究与技术中心（ESTEC），“造氧实验”是在该中心的材料和电气元件实验室中进行。那么这两者的“造氧”工艺是否有什么不同呢？

伯恩哈德·霍芬巴赫：两者涉及相同的工艺，该工艺已在荷兰ESTEC的测试中得到验证。我们将进一步优化工艺中的相关参数。

▲在欧空局的材料和电气元件实验室中内用模拟月尘制造氧气和金属。（图源网络）

Part2

月球就地取材制氧至少面临四大挑战

中宇航联：在月球上造氧想必会面临着重大的挑战，您认为主要是什么？

伯恩哈德·霍芬巴赫：任何新工艺在新条件下运行和操作都存在的挑战。

首先，在月球表面造氧将面临着电力消耗的挑战。

其次，在月球真空的环境下，如何从机器中引入和移出月壤中氧气和金属也是一大挑战。

第三，在一个封闭和机械化的机制环境中，其中的粉尘可能引发一些问题，如何对这些粉尘进行处理也是需要解决的问题。

此外，涉及造氧过程的热能管理和其他事项也是需要关注的问题。

Part3

月球上造氧计划2025年实现

中宇航联：您认为目前开发的制氧技术将如何运用于太空探索呢？

伯恩哈德·霍芬巴赫：产生的氧气可以作为推进剂和生命支持的氧化剂。由于存在氢气（在原地或来自地球），它可以被用于燃料电池以提高机动性。此外，该过程还产生金属，这对于在月球上长期可持续存在是非常重要的。不仅氧气，生产过程中制造出出的金属还可以用于制造零部件，同时它也可以作为燃料。

中宇航联：这一项目目前的进展到什么程度？距离真正实现月球造氧还有多远？

伯恩哈德·霍芬巴赫：该项目于今年4月开始，目前的研究项目计划在明年年底前完成。

中宇航联：您提到研究项目计划在明年底前完成，是否意味着届时就能实现在月球上造氧？

伯恩哈德·霍芬巴赫：并非如此，要在月球上真正实现这一技术，我们计划是在本世纪20年代中期（也就是2025年）完成。

中宇航联：我们知道为了实现这一目标，欧空局和很多的商业航天公司展开了合作，能否请您介绍这方面的发展动向？

伯恩哈德·霍芬巴赫：欧空局目前正准备一项月球表面探索任务，以展示在月球上实现原地资源利用（ISRU)）所需的技术。ISRU任务的目标就是在2025年之前，能够证明在月球上生产水或是氧气是可行的。根据计划，氧气可能是第一个可以就地生产并支持人类探索任务的资源。

而上述的与太空应用服务公司合作的任务正是展示ISRU任务的一部分。欧洲关注技术有效荷载的开发，且仍在研究交付有效荷载的替代方案。

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编者注

什么是有效载荷？

有效载荷是指航天器上装载的为直接实现航天器在轨运行要完成的特定任务的仪器、设备、人员、试验生物及试件等。航天器有效载荷是航天器在轨发挥最终航天使命的最重要的一个分系统。说它重要，是因为对有效载荷选择和设计的最终功能和性能的品质将直接影响到最终特定航天任务实现的品质。航天器平台装载了有效载荷，就成为完整的能完成特定空间任务的航天器了

▲中宇航联了解到，为了执行ISRU任务，欧空局打算从商业部门采购任务所需的服务。这些服务可能包括有效载荷的交付、通信和运营服务。通过这种方法，欧空局将利用并进一步培育现有的商业举措，这些举措可能会在未来的月球探索方案中找到广泛的应用。（图源网络）

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