美國國家航空航天局（NASA）利用一個專門的碳熱反應器，在真空中成功地從模擬的月球土壤中提取了氧氣。這一成就是通過為生命支持和運輸提供重要的氧氣資源，實現人類在月球上持續存在的一個重大進步，可能會對未來的阿特米斯任務和更廣泛的太空探索產生革命性影響。

隨著美國宇航局努力通過Artemis任務將宇航員送上月球，該機構的主要目標之一是在月球表面建立一個長期存在。像氧氣這樣的資源是使這一願景成為現實的關鍵構件。除了用於呼吸之外，它還可以用作運輸的推進劑，幫助月球訪客停留更長的時間，冒險走得更遠。

在最近的一次測試中，位於休斯頓的美國宇航局約翰遜航天中心的科學家們成功地從模擬月球土壤中提取了氧氣。月球土壤是指覆蓋在月球表面的細粒材料。這是第一次在真空環境中進行這種提取，為宇航員有朝一日在月球環境中提取和使用資源鋪平了道路，這被稱為原位資源利用。

美國宇航局的碳熱還原示範（CaRD）團隊通過使用一個直徑為15英尺的特殊球形室，即臟熱真空室，在類似於月球上的條件下進行測試。該室被認為是”臟”的，因為不干淨的樣品同樣可以在裡面進行測試。

碳熱還原示範（CaRD）測試團隊在用於進行測試的真空室前。從左起： Bill Heausler (JSC), Bill Holton (JSC), Matt Green (JSC), Maggie Meller (JSC), Wayne Smith (JSC), Desmond O’Connor (JSC), Todd Peters (JSC), John Lauterbach (JSC), Anastasia Ford (JSC)、 Janine Captain (KSC), Te’Sean Pemberton (JSC), Aaron Paz (JSC), David Rinderknecht (KSC), Jeff Michel (JSC), Malay Shah (KSC), Mike Reddington (JSC) , Nilab Azim (KSC)。資料來源：美國國家航空航天局

該團隊使用高功率激光模擬來自太陽能集中器的熱量，並在科羅拉多州布魯姆菲爾德的塞拉空間公司為NASA開發的碳熱反應器中熔化月球土壤模擬物。碳熱反應器是進行加熱和提取氧氣過程的地方。碳熱還原在地球上已經使用了幾十年，通過利用高溫產生一氧化碳或二氧化碳來生產太陽能電池板和鋼鐵等物品。

在土壤被加熱後，研究小組能夠使用一個稱為觀察月球運行的質譜儀（MSolo）的設備來檢測一氧化碳。類似的設備將在即將到來的兩次月球南極探索任務中飛行–2023年的極地資源冰礦實驗-1，它將幫助科學家尋找水，以及2024年11月美國宇航局的Volatiles Investigating Polar Exploration Rover（VIPER），它將探索Mons Mouton，一座大型平頂山，以獲得水冰和其他潛在資源的位置和濃度的特寫視圖。

“這項技術有可能在月球表面每年生產數倍於其自身重量的氧氣，這將使人類的存在和月球經濟得以持續，”美國宇航局高級工程師和約翰遜的CaRD項目經理Aaron Paz說。

為了將這一過程應用於月球上的氧氣生產，碳熱反應器需要能夠保持壓力，以防止氣體逃逸到太空，同時仍然允許月球物質進出反應區。在真空環境中操作反應器進行CaRD測試，模擬了月球表面的條件，並將反應器的技術準備程度提高到六級，這意味著該技術有功能齊全的原型或代表模型，並準備在太空中進行測試。

月球上建築技術系統的插圖。

“我們的團隊證明了CaRD反應器可以在月球表面生存，並成功提取氧氣，”美國宇航局工程師和約翰遜公司的CaRD測試主管阿納斯塔西婭-福特說。”這對於開發在其他星球上建立可持續的人類基地的架構來說是一大步。”

科學技術任務局（STMD）內的”改變遊戲規則”（GCD）項目贊助了這次測試，以建立從月球土壤中提取氧氣所需的技術，這被認為是一個關鍵的技術差距。

CaRD是STMD的月面創新計劃（LSII）的一部分。通過LSII，NASA正在開發人類和系統在月球和其他行星體表面的多種環境中成功生活和運行所需的基本能力。

通過CaRD測試證明的相同技術可以應用於Artemis任務，並且有一天可以應用於更深入我們太陽系的旅程。隨著這項示範測試的成功完成，美國宇航局已經確定可以從現有月球材料中提取氧氣，為人類提供在地外世界生存和運輸的關鍵資源。

通過Artemis任務，NASA將讓第一位女性和第一位有色人種登陸月球表面，為長期的月球存在鋪平道路，並成為宇航員在前往火星途中的墊腳石。