行业前沿|重返月球：太空公司正模拟用月岩制造太阳能电池板

“Blue Origin是一家试图用月球泥土制造太阳能(000591)电池的公司，其目标是有朝一日使人类在月球上生活成为现实。

作者：Justine Calma |

编译：唐诗 |

利用月球上的泥土来制造太阳能电池的想法可能听起来不太现实，但其实目前已经有两家公司表示他们在这方面取得了重大进展：他们都表示说已经使用月球岩石的变体制造了太阳能电池。

总部位于华盛顿州肯特的航空航天公司蓝色起源（Blue Origin）已经展示了一种用月球岩石制造太阳能电池板的工艺。蓝色起源公司由零售业亿万富翁杰夫-贝佐斯（Jeff Bezos）于2000年创立，目前正在开发新格伦火箭。

然而，作为其实现在月球表面作业的愿望的一部分，该公司本周早些时候透露，其"蓝色炼金术士"工艺已成功制造出在月球上生产太阳能电池板所需的材料，而不需要从地球运输任何材料。

另外，旨在为“大规模太空工业化”开发技术的月球资源公司(Lunar Resources)近日在电话会议上告诉记者，过去几年这家公司也一直在做同样的事情。

希望这项技术有朝一日可以为月球上的人类生活提供动力。

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月球就地资源利用

每家试图登陆月球的公司仍然需要实现技术上巨大的飞跃：从在地球上的实验室里用模拟的月球泥土制造太阳能电池，到在严酷的月球表面完成同样的事情，这中间的技术难度可不是一星半点。

但这是一个酝酿了几十年的梦想。如果这项技术能够获得成功，可以作为登月计划的解决方案——建立月球上的前哨基地。

利用月球资源来支持人类住区的想法，在技术上称为就地资源利用（ISRU），直到最近才走出科幻小说的领域。现在，通过其阿尔忒弥斯计划，美国宇航局正在寻求建立“月球上的第一次长期存在”。

“10年前他们在ISRU笑，五年前他们不再笑了，现在他们真的在说，'嘿，这很重要，我们必须这样做。'”月球资源首席技术官、休斯顿大学物理学名誉教授亚历克斯 · 伊格纳季耶夫说。

伊格纳季耶夫说，他在15年前向美国宇航局提出了使用月球材料制造太阳能电池的想法。他说，该项目最终失去了资金。（NASA没有立即回应其请求）。从那以后，伊格纳季耶夫更幸运地在私营部门推动了这个想法。四年前，月球资源计划在美国宇航局，国防部和国家科学基金会的资助下启动。

但他表示，这个概念来自美国宇航局对从月球泥土或月球风化层中提取氧气的研究。这个过程的副产品是金属和其他有价值的材料，伊格纳季耶夫认为可以用来制造太阳能电池。

“废料是你从中提取氧气的金属。对我来说，这不是浪费材料。这是我可以利用的东西。”伊格纳季耶夫告诉记者。

月球资源公司首席执行官艾略特·卡罗尔（Elliot Carol）表示：“月球上存在所有有价值的金属，就等着我们去开采了。”

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"蓝色炼金术士"工艺

覆盖月球的风化层与地球的土壤完全不同。月球没有大气层，所以它的表面不断被微陨石撞击。这种撞击的结果是形成了月球风化层，类似污垢的碎片恰好富含金属和硅——对太阳能电池至关重要。

像半导体一样，太阳能电池板也是由硅制造的，而且这种硅必须非常纯净，才能使最终产品有效地捕捉阳光进行发电。硅经过化学品处理，一旦阳光中的光子照射到表面，它就能转移电子，电子是原子的组成部分之一，它们在电线中的转移也会产生电力。

蓝色起源的"蓝色炼金术士"工艺利用电流将氧气从铝、铁和硅中分离出来，这样做有两方面的好处，不仅可以生产硅，还可以为火箭提供燃料，为生命支持系统提供投入。整个过程在1600摄氏度的温度下进行。

其中一个反应堆中不断上升的氧气气泡显示金属和类金属与氧气分离

图片：蓝色起源

伊格纳季耶夫解释说，将碎片变成宝藏的方法是通过一种称为熔融风化层电解（Molten Regolith Electrolysis）的过程。月球风化层在极高的温度下熔化，然后用电流射穿以提取铁、硅和铝。同时在这个过程中也会分离出氧气。这产生了制造太阳能电池的基本成分。只需要将这些东西组合在一起，就可以制作成一块太阳能电池板，蓝色起源公司声称，该工艺可以扩大规模以支持任何级别的月球操作。

“我们的方法——"蓝色炼金术士"工艺，可以无限扩展，消除月球上任何地方对于电力的限制。”蓝色起源在宣布该技术时表示。

但这是一家似乎尚未使用真正的月球泥土测试其技术的公司，毕竟地球上没有足够的东西来分发给每个试图用风化层进行实验的商业太空公司。

为了测试他们的工艺，研究人员首先开发了他们自己的月球岩石的变体。据蓝色起源公司称，这些材料被称为"雷石模拟物"，使其与月球岩石在“化学和矿物学上等效”。然后，这些模拟物通过一个被称为"熔融雷石电解"的过程，将它们置于高温和电流下，使其成分元素相互分离。

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重返月球还需时间

能够在月球上生产氧气将提供各种好处。这不仅对人类的持续运作至关重要，因为它是生命支持系统所必需的，而且对发射火箭也是至关重要的。火箭发动机使用燃料，通常是煤油，如SpaceX的猎鹰9号，或氢气，如NASA的太空发射系统（SLS）火箭。这种燃料通过与氧气混合进行点火。这也促使NASA开发了一个试点项目，在月球表面铺设5公里长的管道，将氧气从源头运送到储存厂。

蓝色起源公司还说，这个过程是完全环保的，因为它可以净化硅高达99.99%，而不像地球上那样使用任何有害的化学品。它还能够生产出在月球上运行的太阳能电池板所需的玻璃，以保护它们不受恶劣环境的影响，因为环境不佳会导致电池板的寿命降低。

但话又说回来，尽管月球风化层的组成因地而异，但总体上是由约40%至45%的氧、20%的硅和10%的铝组成，此外还有少量铁和钛。

真正的挑战将是找到一种方法来产生融化风化层所需的高温。在实验室里证明风化层熔融电解这类技术有效，与在条件严酷、尘土飞扬的月球表面真空中证明这一技术的可行性相去甚远，因为月球表面的温度波动非常大。

蓝色起源和月球资源都需要依靠反应堆达到1500摄氏度以上的温度。

“你必须把工具运到月球上，对吧？”伊格纳季耶夫说。“我们的反应堆不小。”重一吨，约2204.62磅。

月球资源公司首席执行官艾略特·卡罗尔（Elliot Carol）表示：“测试工业技术的挑战在于，它们比科学载荷更重。”

让人们重返月球还需要数年时间。美国宇航局的阿尔忒弥斯三号登月任务已经推迟了几年，甚至可能推迟到2026年。

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