人类在太阳系各处留下足迹前得准备大量火箭燃料,其中一种方法是考虑月球尘埃,不过最近科学家计算利用月尘制造火箭燃料的能源需求,发现大概需2年才能为1次火箭飞行生产足够燃料,过程还需消耗大量电力。
当人类有天想前往更遥远的太阳系行星,飞行所需燃料也会变成火箭有效载荷,为了减少从地球表面发射资源的运输成本,科学家提出一些方法,一种选择是将燃料置于低地轨道,优点为缩短发射路程,缺点是仍得消耗大量能量抵抗地球重力以使燃料维持于轨道。
另一种选择则是到外太空取材其他星球资源,比如月球。我们知道月球风化层氧化物含有氢氧,可以作为人体代谢氧气或火箭推进剂氧化剂的来源,加上月球重力比地球低许多,更容易将资源送出,从地球发射火箭每运输1公斤有效载荷必须燃烧约25公斤推进剂,但从月球发射火箭每运输1公斤有效载荷只需约4公斤推进剂。
然而,任何基础设备都需先在地球建造再送到月球,实际月球氢氧分布、浓度也未知,准备好开采月球尘埃并转换为燃料究竟需多少成本?
月球表岩屑(regolith)由多种矿物质组成,其中许多矿物质含有氧气,科学家正努力寻找将氧气与这些矿物分开的化学反应,但算出化学反应不代表同时确定哪种基础设备能有意义地执行化学反应。
从众多氧气获得方法中,最近一篇新论文选择评估从钛铁矿(ilmenite)分离氧气、并于高温下将其与氢结合的化学反应成本,此系统经历氢反应期间产生大量水、分离氧气、转为液态氧等阶段,发现该法每生产1公斤液态氧约需消耗24 kWh能量。
考虑实际面,从月表起飞前往地月系统拉格朗日点的SpaceX星舰飞船需要80吨液体氧,换句话说,生产1吨液态氧要花10天时间,整体得花2年多时间才能获得足够燃料使空无一人的星舰从月表抵达拉格朗日点。
亲自走访太阳系从来就不简单。
(首图来源:NASA)