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과학자들은 글로브 박스에서 Chang'e 5호 달 토양 샘플을 꺼냅니다. 왼쪽부터: Xu Wei 부연구원, Chen Xiao 박사과정 연구원, Wang Junqiang 연구원, Huo Juntao 연구원, Chen Guoxin 박사

중국 과학자들이 달에서 대량의 물을 얻는 새로운 방법을 제안했는데, 이는 미래 달 과학 연구 기지와 우주 정거장 건설에 중요한 설계 기반을 제공할 것으로 기대된다.

베이징 시간으로 8월 22일 오후, 국제학술지 'The Innovation' 온라인판에 관련 논문이 게재됐다. 제목은 "내인성 수소와의 반응을 통한 달 일메나이트로부터의 대량 물 생산"입니다.

이번 연구는 중국과학원 닝보 재료 기술 및 공정 연구소(이하 "닝보 재료 연구소")의 비정질 합금 자기전기 기능 특성 연구팀이 중국 과학원 물리학 연구소와 공동으로 수행했습니다. 과학 (이하 "물리 연구소"라고 함) 및 제 5 항공 우주 과학 아카데미의 Qian Xuesen 실험 실험실, 송산 호수 재료 연구소, 하얼빈 기술 연구소 및 난징 대학을 포함한 과학 연구팀이 완료했습니다.

앞서 언급한 논문은 창어 5호 달 토양의 다양한 광물에 포함된 수소 함량을 연구하여 고온 산화환원 반응을 기반으로 물을 생산하는 새로운 방법을 제안했습니다.

연구팀은 고해상도 전자현미경, 전자에너지손실분광학 등 다양한 실험기법으로 분석한 결과, 달 토양 1g에서 약 51~76mg(5.1%~7.6%)의 물이 생성될 수 있음을 확인했다.

이것을 계산해 보세요.달 토양 1톤은 약 51~76kg의 물을 생산할 수 있는데, 이는 500ml 생수 100병 이상에 해당하며, 이는 기본적으로 50명의 일일 식수 소비량을 충족할 수 있습니다.

물은 달 과학 연구 기지 건설과 미래의 달로의 성간 여행을 위한 핵심 자원으로, 인류의 생존을 보장합니다.

과학 연구자들은 3년간의 심층적인 연구와 반복적인 검증 끝에 달 토양 광물이 수억 년 동안의 태양풍 조사로 인해 많은 양의 수소를 저장했다는 사실을 발견했습니다. 수소는 고온으로 가열된 후 광물의 산화철과 산화환원 반응을 거쳐 철 원소와 다량의 물을 생성합니다.

1000°C 이상으로 가열되면 달 토양이 녹고 반응으로 생성된 물이 수증기 형태로 방출됩니다.

컴퓨터 시뮬레이션에 따르면 달의 표토인 일메나이트에는 나노미터 크기의 기공이 있으며, 이는 태양풍에서 대량의 수소 원자를 흡수하고 저장할 수 있습니다. 각 일메나이트 분자(FeTiO3)는 4개의 수소 원자를 흡수할 수 있어 달의 "저장고"가 됩니다.

연구진은 또한 실험을 통해 전자 조사가 수소와 산화철의 반응 온도를 낮출 수 있고, 물 생성 온도를 600°C에서 200°C로 낮출 수 있음을 발견했습니다.

달 토양의 가열과정에서 물과 원소철이 형성되는 과정과 다양한 주요 광물의 수분함량 비교. A. 가열 과정 중 달 토양의 철 원소의 원자가 상태 변화 B. 달 토양의 주요 광물의 수소 함량 비교 그림은 달 토양의 미네랄 함량을 고려한 전체 가중치 수소 함량을 보여줍니다. C. 달 토양 내 일메나이트 가열 후자의 투과전자현미경 이미지, D와 E는 달 레골리스 일메나이트 가열 과정에서 발생하는 물방울과 원소 철의 확대 이미지이며, 둘은 연관관계가 있습니다.

위의 연구 결과를 바탕으로 과학 연구팀은 달 수자원의 현장 채굴 및 활용을 위한 실현 가능한 전략을 제안했습니다. (1) 먼저 오목 거울이나 프레넬 렌즈를 통해 햇빛을 집중시켜 달 토양이 녹을 때까지 가열합니다. 가열 과정에서 달 토양은 태양풍에서 주입된 수소와 반응하여 물, 철 원소 및 세라믹 유리를 생성합니다. (2) 생성된 수증기는 물로 응축되어 물탱크에 수집 및 저장되는데, 이는 인간과 달에 있는 다양한 동식물의 식수 수요를 충족시킬 수 있습니다. (3) 물을 전기분해하여 산소와 수소를 생산할 수 있으며, 산소는 사람이 호흡할 수 있고, 수소는 에너지로 사용될 수 있다. (4) 철은 영구자석과 연자성 재료를 만드는데 사용될 수 있고, 전력전자소자의 원료가 되며, 건축자재로도 사용될 수 있다. (5) 녹은 달 토양도 만들 수 있습니다달 기지 건물 건설에 사용되는 장붓구멍과 장부 구조의 벽돌입니다.이 전략은 미래의 달 과학 연구 기지 및 우주 정거장 건설을 위한 중요한 설계 기반을 제공할 것이며, 추가 확인을 완료하기 위해 후속 Chang'e 달 탐사 임무에서 검증 장비를 출시할 것으로 예상됩니다.

개략도: 달 토양을 가열하여 달수를 수집하기 위한 현장 채굴 및 활용 전략.

닝보 재료 연구소의 Huo Juntao 연구원과 Wang Junqiang 연구원, 물리학 연구소의 Bai Haiyang 연구원은 앞서 언급한 연구 논문의 교신저자이며 Chen Xiao 박사와 Yang Shiyu 박사입니다. Ningbo Institute of Materials의 Xu Wei는 논문의 공동 첫 번째 저자이며 첫 번째 완성 단위이자 첫 번째 커뮤니케이션 단위입니다.