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Los científicos sacan la muestra de suelo lunar de Chang'e-5 de la guantera. De izquierda a derecha: el investigador asociado Xu Wei, el candidato a doctorado Chen Xiao, el investigador Wang Junqiang, el investigador Huo Juntao y el Dr. Chen Guoxin.

Los científicos chinos han propuesto un nuevo método para obtener grandes cantidades de agua en la Luna, que se espera que proporcione una base de diseño importante para la construcción de futuras estaciones de investigación científica lunar y estaciones espaciales.

En la tarde del 22 de agosto, hora de Beijing, el artículo correspondiente se publicó en línea en la revista académica internacional "The Innovation". El título es "Producción masiva de agua a partir de ilmenita lunar mediante reacción con hidrógeno endógeno".

La investigación fue realizada por el equipo de investigación de propiedades funcionales magnetoeléctricas de aleaciones amorfas del Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo, Academia de Ciencias de China (en adelante, "Instituto de Materiales de Ningbo"), en colaboración con el Instituto de Física, Academia China de Ciencias (en lo sucesivo, "Instituto de Física") y el Experimento Qian Xuesen de la Quinta Academia de Ciencias Aeroespaciales Fue completado por equipos de investigación científica, incluidos el laboratorio, el Laboratorio de Materiales del Lago Songshan, el Instituto de Tecnología de Harbin y la Universidad de Nanjing.

El artículo antes mencionado proponía un nuevo método de producción de agua basado en reacciones redox a alta temperatura mediante el estudio del contenido de hidrógeno en diferentes minerales del suelo lunar de Chang'e-5.

Mediante análisis mediante diversas técnicas experimentales, como la microscopía electrónica de alta resolución y la espectroscopia de pérdida de energía electrónica, el equipo de investigación confirmó que se pueden producir aproximadamente entre 51 y 76 mg de agua (es decir, entre 5,1% y 7,6%) en 1 gramo de suelo lunar.

Calcula esto,Una tonelada de suelo lunar podrá producir entre 51 y 76 kilogramos de agua, lo que equivale a más de 100 botellas de 500 ml de agua embotellada, que básicamente pueden cubrir el consumo diario de agua potable de 50 personas.

El agua es un recurso clave para la construcción de estaciones de investigación científica lunares y futuros viajes interestelares a la Luna, asegurando la supervivencia humana.

Después de tres años de investigación en profundidad y verificación repetida, los investigadores científicos descubrieron que los minerales del suelo lunar han almacenado una gran cantidad de hidrógeno debido a cientos de millones de años de irradiación del viento solar. Después de calentarse a altas temperaturas, el hidrógeno sufrirá una reacción redox con los óxidos de hierro del mineral para generar hierro elemental y una gran cantidad de agua.

Cuando se calienta por encima de los 1.000°C, el suelo lunar se derretirá y el agua generada por la reacción se liberará en forma de vapor de agua.

Las simulaciones computacionales muestran que hay poros de tamaño nanométrico en la ilmenita del regolito lunar, que pueden absorber y almacenar grandes cantidades de átomos de hidrógeno del viento solar. Cada molécula de ilmenita (FeTiO3) puede absorber 4 átomos de hidrógeno, lo que la convierte en un verdadero "depósito" lunar.

Los investigadores también descubrieron mediante experimentos que la irradiación de electrones puede reducir la temperatura de reacción entre el hidrógeno y el óxido de hierro, y que la temperatura de producción de agua puede reducirse de 600°C a 200°C.

El proceso de formación de agua y hierro elemental durante el proceso de calentamiento del suelo lunar y la comparación del contenido de agua de varios minerales importantes. A. Cambios en el estado de valencia de los elementos de hierro en el suelo lunar durante el proceso de calentamiento; B. Comparación del contenido de hidrógeno de los principales minerales en el suelo lunar La ilustración muestra el contenido total ponderado de hidrógeno considerando el contenido de minerales en el suelo lunar. suelo lunar; C. Calentamiento de ilmenita en el suelo lunar La última imagen de microscopio electrónico de transmisión D y E son imágenes ampliadas de burbujas de agua y hierro elemental durante el proceso de calentamiento de ilmenita del regolito lunar, y las dos tienen una relación asociada.

Con base en los resultados de la investigación anterior, el equipo de investigación científica propuso una estrategia factible para la minería in situ y la utilización de los recursos hídricos lunares: (1) Primero, enfocar la luz solar a través de un espejo cóncavo o lente de Fresnel para calentar el suelo lunar hasta que se derrita. Durante el proceso de calentamiento, el suelo lunar reaccionará con el hidrógeno inyectado por el viento solar para producir agua, hierro elemental y vidrio cerámico. (2) El vapor de agua generado se condensa en agua y se recoge y almacena en un tanque de agua, que puede satisfacer las necesidades de agua potable de los humanos y de diversos animales y plantas en la luna. (3) Los seres humanos pueden producir oxígeno e hidrógeno mediante la descomposición electrolítica del agua. El oxígeno puede ser respirado y el hidrógeno puede utilizarse como energía. (4) El hierro se puede utilizar para fabricar imanes permanentes y materiales magnéticos blandos, proporcionar materia prima para dispositivos electrónicos de potencia y también como material de construcción. (5) El suelo lunar fundido también se puede convertir enLadrillos con estructura de mortaja y espiga, utilizados en la construcción de edificios de base lunar.Esta estrategia proporcionará una base de diseño importante para la construcción de futuras estaciones de investigación científica lunar y estaciones espaciales, y se espera que lance equipos de verificación en la posterior misión de exploración lunar Chang'e para completar una mayor confirmación.

Diagrama esquemático: estrategia de explotación y utilización in situ para recolectar agua lunar calentando el suelo lunar.

Los investigadores Huo Juntao y Wang Junqiang del Instituto de Materiales de Ningbo y el investigador Bai Haiyang del Instituto de Física son los autores correspondientes del artículo de investigación antes mencionado, los estudiantes de doctorado Chen Xiao y Yang Shiyu, el Dr. Chen Guoxin y el investigador asociado. Xu Wei del Instituto de Materiales de Ningbo son los coautores del artículo. El Instituto de Materiales de Ningbo es el primer autor de la primera unidad de finalización y la primera unidad de comunicación.