“Blue Origin是一家試圖用月球泥土制造太陽能(000591)電池的公司，其目標是有朝一日使人類在月球上生活成為現實。
作者：Justine Calma|
【資料圖】
編譯：唐詩 |
利用月球上的泥土來制造太陽能電池的想法可能聽起來不太現實，但其實目前已經有兩家公司表示他們在這方面取得了重大進展：他們都表示說已經使用月球巖石的變體制造了太陽能電池。
總部位于華盛頓州肯特的航空航天公司藍色起源（Blue Origin）已經展示了一種用月球巖石制造太陽能電池板的工藝。藍色起源公司由零售業億萬富翁杰夫-貝佐斯（Jeff Bezos）于2000年創立，目前正在開發新格倫火箭。
然而，作為其實現在月球表面作業的愿望的一部分，該公司本周早些時候透露，其"藍色煉金術士"工藝已成功制造出在月球上生產太陽能電池板所需的材料，而不需要從地球運輸任何材料。
另外，旨在為“大規模太空工業化”開發技術的月球資源公司(Lunar Resources)近日在電話會議上告訴記者，過去幾年這家公司也一直在做同樣的事情。
希望這項技術有朝一日可以為月球上的人類生活提供動力。
01
月球就地資源利用
每家試圖登陸月球的公司仍然需要實現技術上巨大的飛躍：從在地球上的實驗室里用模擬的月球泥土制造太陽能電池，到在嚴酷的月球表面完成同樣的事情，這中間的技術難度可不是一星半點。
但這是一個醞釀了幾十年的夢想。如果這項技術能夠獲得成功，可以作為登月計劃的解決方案——建立月球上的前哨基地。
利用月球資源來支持人類住區的想法，在技術上稱為就地資源利用（ISRU），直到最近才走出科幻小說的領域。現在，通過其阿爾忒彌斯計劃，美國宇航局正在尋求建立“月球上的第一次長期存在”。
“10年前他們在ISRU笑，五年前他們不再笑了，現在他們真的在說，"嘿，這很重要，我們必須這樣做。"”月球資源首席技術官、休斯頓大學物理學名譽教授亞歷克斯 · 伊格納季耶夫說。
伊格納季耶夫說，他在15年前向美國宇航局提出了使用月球材料制造太陽能電池的想法。他說，該項目最終失去了資金。（NASA沒有立即回應其請求）。從那以后，伊格納季耶夫更幸運地在私營部門推動了這個想法。四年前，月球資源計劃在美國宇航局，國防部和國家科學基金會的資助下啟動。
但他表示，這個概念來自美國宇航局對從月球泥土或月球風化層中提取氧氣的研究。這個過程的副產品是金屬和其他有價值的材料，伊格納季耶夫認為可以用來制造太陽能電池。
“廢料是你從中提取氧氣的金屬。對我來說，這不是浪費材料。這是我可以利用的東西。”伊格納季耶夫告訴記者。
月球資源公司首席執行官艾略特·卡羅爾（Elliot Carol）表示：“月球上存在所有有價值的金屬，就等著我們去開采了。”
02
"藍色煉金術士"工藝
覆蓋月球的風化層與地球的土壤完全不同。月球沒有大氣層，所以它的表面不斷被微隕石撞擊。這種撞擊的結果是形成了月球風化層，類似污垢的碎片恰好富含金屬和硅——對太陽能電池至關重要。
像半導體一樣，太陽能電池板也是由硅制造的，而且這種硅必須非常純凈，才能使最終產品有效地捕捉陽光進行發電。硅經過化學品處理，一旦陽光中的光子照射到表面，它就能轉移電子，電子是原子的組成部分之一，它們在電線中的轉移也會產生電力。
藍色起源的"藍色煉金術士"工藝利用電流將氧氣從鋁、鐵和硅中分離出來，這樣做有兩方面的好處，不僅可以生產硅，還可以為火箭提供燃料，為生命支持系統提供投入。整個過程在1600攝氏度的溫度下進行。
其中一個反應堆中不斷上升的氧氣氣泡顯示金屬和類金屬與氧氣分離
圖片：藍色起源
伊格納季耶夫解釋說，將碎片變成寶藏的方法是通過一種稱為熔融風化層電解（Molten Regolith Electrolysis）的過程。月球風化層在極高的溫度下熔化，然后用電流射穿以提取鐵、硅和鋁。同時在這個過程中也會分離出氧氣。這產生了制造太陽能電池的基本成分。只需要將這些東西組合在一起，就可以制作成一塊太陽能電池板，藍色起源公司聲稱，該工藝可以擴大規模以支持任何級別的月球操作。
“我們的方法——"藍色煉金術士"工藝，可以無限擴展，消除月球上任何地方對于電力的限制。”藍色起源在宣布該技術時表示。
但這是一家似乎尚未使用真正的月球泥土測試其技術的公司，畢竟地球上沒有足夠的東西來分發給每個試圖用風化層進行實驗的商業太空公司。
為了測試他們的工藝，研究人員首先開發了他們自己的月球巖石的變體。據藍色起源公司稱，這些材料被稱為"雷石模擬物"，使其與月球巖石在“化學和礦物學上等效”。然后，這些模擬物通過一個被稱為"熔融雷石電解"的過程，將它們置于高溫和電流下，使其成分元素相互分離。
03
重返月球還需時間
能夠在月球上生產氧氣將提供各種好處。這不僅對人類的持續運作至關重要，因為它是生命支持系統所必需的，而且對發射火箭也是至關重要的。火箭發動機使用燃料，通常是煤油，如SpaceX的獵鷹9號，或氫氣，如NASA的太空發射系統（SLS）火箭。這種燃料通過與氧氣混合進行點火。這也促使NASA開發了一個試點項目，在月球表面鋪設5公里長的管道，將氧氣從源頭運送到儲存廠。
藍色起源公司還說，這個過程是完全環保的，因為它可以凈化硅高達99.99%，而不像地球上那樣使用任何有害的化學品。它還能夠生產出在月球上運行的太陽能電池板所需的玻璃，以保護它們不受惡劣環境的影響，因為環境不佳會導致電池板的壽命降低。
但話又說回來，盡管月球風化層的組成因地而異，但總體上是由約40%至45%的氧、20%的硅和10%的鋁組成，此外還有少量鐵和鈦。
真正的挑戰將是找到一種方法來產生融化風化層所需的高溫。在實驗室里證明風化層熔融電解這類技術有效，與在條件嚴酷、塵土飛揚的月球表面真空中證明這一技術的可行性相去甚遠，因為月球表面的溫度波動非常大。
藍色起源和月球資源都需要依靠反應堆達到1500攝氏度以上的溫度。
“你必須把工具運到月球上，對吧？”伊格納季耶夫說。“我們的反應堆不小。”重一噸，約2204.62磅。
月球資源公司首席執行官艾略特·卡羅爾（Elliot Carol）表示：“測試工業技術的挑戰在于，它們比科學載荷更重。”
讓人們重返月球還需要數年時間。美國宇航局的阿爾忒彌斯三號登月任務已經推遲了幾年，甚至可能推遲到2026年。
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（責任編輯：冀文超 ）關鍵詞： 太陽能電池
