利用火箭脉冲技术可从月球陨石坑中收集水

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Rendering: Masten

现实中来看，就地资源利用似乎是维持低地球轨道外人类存在的唯一途径。火星当然是这样，月球也可能是这样，尽管月球似乎并不那么遥远（在太阳系的背景下）。但是，把东西运输上去的话效率仍旧太低了，特别是有些小东西，现在已经可以在月球上“找到了”。由于从地球运输补给的惊人成本，NASA旨在在月球上建立永久人类存在的Artemis计划正专注于开发新技术进而让未来的宇航员尽可能多地在月球上生活。

科学家们认为，在月球南极永久遮蔽的月球陨石坑内，拥有大量灰尘、岩石和大量以永久冻土层形式存在的冰。如果这些冰能够被提取出来，就可以转化为可呼吸的氧气、火箭燃料、或者为口渴的宇航员提供水。这种肮脏的月球冰的提取和净化并不是一个容易的问题，美国宇航局对能够扩大规模的创造性解决方案很感兴趣。该机构已经发起了一项竞赛来解决这个月球冰层开采的挑战，其中一个竞争者认为他们可以用一个大机器人，一些强大的真空吸尘器，和一个火箭发动机像一个钻井系统一样来完成（这就是他们所提到的Resource Ore Concentrator using Kinetic Energy Targeted Mining—ROCKET M）。

这种方法用一系列火箭羽流破坏月球土壤，通过将冰风化层暴露于直接对流加热来使冰风化层流化。它在加压圆顶下使用 100 lbf 火箭发动机，可以在月球表面以下 2 米多的地方形成深坑。在此过程中，多次火箭发射的喷射物会冲入圆顶，并通过类似真空的系统漏斗，该系统将冰粒与剩余的灰尘分离，并将其运送到储存容器中。

与传统的机械挖掘机不同，火箭采矿方法可以让我们接触到巨石、角砾岩、玄武岩和其他障碍物周围的冻结挥发物。最重要的是，它具有可扩展性和成本效益。我们的系统不需要重型机械或持续维护。储存的水可以根据需要电解成氧气和氢气，利用太阳能继续为火箭发动机提供5年以上的水挖掘动力！该系统还可以让我们快速挖掘干燥的风化层，这些风化层可以收集并用于开发增材制造结构。

据悉，Masten 已经建造了各种可操作的火箭系统，并且正在利用 NASA 的资金开发一些创造性和有用的想法，例如可以在着陆时建造自己的着陆垫的火箭。Honeybee Robotics 已经为各种任务开发了硬件，包括火星任务。Lunar Outpost 是 Perseverance Mars 漫游车上 MOXIE 系统背后的一些人。

要弄清楚这样一个概念到底能起多大作用有点棘手。概念视频看起来相当棒，但肯定有很多工作需要做，来证明火箭采矿系统的成功，尤其是在你通过组件级别之后。很高兴看到地球上已经进行了一些测试来表征火箭羽流如何与模拟的冰冷月球表面相互作用，但管理所有将与冰粒一起爆炸的额外灰尘和岩石可能是这里最大的挑战，特别是对于一个必须在很长一段时间内挖掘大量这种东西的系统来说。

幸运的是，这是 NASA 将通过“破冰挑战（Break the Ice Challenge）”进行评估的全部内容。挑战目前处于第 1 阶段，虽然还找不到有关第 2 阶段的任何信息，但存在第 1 阶段的事实确实意味着获胜团队（或多个团队）可能有机会进一步证明他们的概念挑战阶段。第一阶段的获胜者定于 8 月 13 日公布。