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Wissenschaftler entnehmen Mondbodenproben von Chang'e-5 aus dem Handschuhfach. Von links nach rechts: Associate Researcher Xu Wei, Doktorand Chen Xiao, Forscher Wang Junqiang, Forscher Huo Juntao und Dr. Chen Guoxin

Chinesische Wissenschaftler haben eine neue Methode zur Gewinnung großer Wassermengen auf dem Mond vorgeschlagen, die voraussichtlich eine wichtige Entwurfsgrundlage für den Bau künftiger wissenschaftlicher Mondforschungsstationen und Raumstationen liefern wird.

Am Nachmittag des 22. August, Pekinger Zeit, wurde der entsprechende Artikel online in der internationalen Fachzeitschrift „The Innovation“ veröffentlicht. Der Titel lautet „Massive Wasserproduktion aus Mond-Ilmenit durch Reaktion mit endogenem Wasserstoff“.

Die Forschung wurde vom Forschungsteam für magnetoelektrische funktionelle Eigenschaften amorpher Legierungen des Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (im Folgenden als „Ningbo Institute of Materials“ bezeichnet) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften durchgeführt Sciences (im Folgenden als „Institut für Physik“ bezeichnet) und das Qian-Xuesen-Experiment der Fünften Akademie für Luft- und Raumfahrtwissenschaften. Es wurde von wissenschaftlichen Forschungsteams durchgeführt, darunter das Labor, das Songshan Lake Materials Laboratory, das Harbin Institute of Technology und die Universität Nanjing.

In der oben genannten Arbeit wurde eine neue Methode zur Wassergewinnung vorgeschlagen, die auf Hochtemperatur-Redoxreaktionen basiert, indem der Wasserstoffgehalt in verschiedenen Mineralien im Chang'e-5-Mondboden untersucht wird.

Durch Analysen mit verschiedenen experimentellen Techniken wie hochauflösender Elektronenmikroskopie und Elektronenenergieverlustspektroskopie bestätigte das Forschungsteam, dass in 1 Gramm Mondboden etwa 51–76 mg Wasser (d. h. 5,1 %–7,6 %) produziert werden können.

Berechnen Sie dies,Eine Tonne Mondboden kann etwa 51-76 Kilogramm Wasser produzieren, was mehr als 100 Flaschen 500-ml-Flaschenwasser entspricht und im Grunde den täglichen Trinkwasserverbrauch von 50 Menschen decken kann.

Wasser ist eine Schlüsselressource für den Bau wissenschaftlicher Mondforschungsstationen und künftiger interstellarer Reisen zum Mond und sichert das Überleben der Menschheit.

Nach drei Jahren intensiver Forschung und wiederholter Überprüfung fanden Forscher heraus, dass Mondbodenmineralien aufgrund der jahrhundertelangen Sonnenwindeinstrahlung eine große Menge Wasserstoff gespeichert haben. Nach dem Erhitzen auf hohe Temperaturen geht Wasserstoff eine Redoxreaktion mit den Eisenoxiden im Mineral ein, wodurch elementares Eisen und eine große Menge Wasser entstehen.

Bei einer Erwärmung auf über 1000 °C schmilzt der Mondboden und das durch die Reaktion entstehende Wasser wird in Form von Wasserdampf freigesetzt.

Computersimulationen zeigen, dass es im Mondregolith Ilmenit nanoskopische Poren gibt, die große Mengen an Wasserstoffatomen aus dem Sonnenwind aufnehmen und speichern können. Jedes Ilmenit-Molekül (FeTiO3) kann 4 Wasserstoffatome absorbieren, was es zu einem wahren Mond-„Reservoir“ macht.

Durch Experimente fanden die Forscher außerdem heraus, dass Elektronenbestrahlung die Reaktionstemperatur zwischen Wasserstoff und Eisenoxid senken kann und die Wasserproduktionstemperatur von 600 °C auf 200 °C gesenkt werden kann.

Der Entstehungsprozess von Wasser und elementarem Eisen während des Erhitzungsprozesses des Mondbodens und der Vergleich des Wassergehalts verschiedener wichtiger Mineralien. A. Änderungen im Wertigkeitszustand der Eisenelemente im Mondboden während des Erhitzungsprozesses. B. Vergleich des Wasserstoffgehalts der Hauptmineralien im Mondboden. Die Abbildung zeigt den gewichteten Gesamtwasserstoffgehalt unter Berücksichtigung des Mineralgehalts im Mondboden Mondboden; C. Erhitzung von Ilmenit im Mondboden. Die letztgenannten Transmissionselektronenmikroskopbilder D und E sind vergrößerte Bilder von Wasserblasen und elementarem Eisen während des Erhitzungsprozesses von Mondregolith Ilmenit.

Basierend auf den oben genannten Forschungsergebnissen schlug das wissenschaftliche Forschungsteam eine praktikable Strategie für den In-situ-Bergbau und die Nutzung der Mondwasserressourcen vor: (1) Zunächst wird das Sonnenlicht durch einen konkaven Spiegel oder eine Fresnel-Linse fokussiert, um den Mondboden zu erhitzen, bis er schmilzt. Während des Erhitzungsprozesses reagiert der Mondboden mit dem vom Sonnenwind injizierten Wasserstoff und erzeugt dabei Wasser, elementares Eisen und Keramikglas. (2) Der erzeugte Wasserdampf wird zu Wasser kondensiert und in einem Wassertank gesammelt und gespeichert, der den Trinkwasserbedarf von Menschen und verschiedenen Tieren und Pflanzen auf dem Mond decken kann. (3) Sauerstoff und Wasserstoff können durch elektrolytische Zersetzung von Wasser erzeugt werden. Sauerstoff kann vom Menschen eingeatmet und Wasserstoff als Energie genutzt werden. (4) Eisen kann zur Herstellung von Permanentmagneten und weichmagnetischen Materialien verwendet werden, liefert Rohstoffe für leistungselektronische Geräte und kann auch als Baumaterial verwendet werden. (5) Auch geschmolzene Monderde kann verarbeitet werdenZiegel mit Zapfen- und Zapfenstruktur, die beim Bau von Mondbasisgebäuden verwendet werden.Diese Strategie wird eine wichtige Entwurfsgrundlage für den Bau künftiger wissenschaftlicher Mondforschungsstationen und Raumstationen bilden und soll bei der anschließenden Monderkundungsmission Chang'e zur Vervollständigung der weiteren Bestätigung mit Verifizierungsgeräten ausgestattet werden.

Schema: In-situ-Bergbau- und Nutzungsstrategie zum Sammeln von Mondwasser durch Erhitzen des Mondbodens.

Die Forscher Huo Juntao und Wang Junqiang vom Ningbo Institute of Materials und der Forscher Bai Haiyang vom Institute of Physics sind die entsprechenden Autoren der oben genannten Forschungsarbeit, Dr. Chen Xiao und Yang Shiyu, sowie der assoziierte Forscher Xu Wei vom Ningbo Institute of Materials ist der Co-Erstautor der Arbeit. Das Ningbo Institute of Materials ist der Co-Erstautor der ersten Abschlusseinheit und der ersten Kommunikationseinheit.