中国科学家团队分析了最近由该国“嫦娥五号”任务收集的月球岩石——这是自20世纪70年代阿波罗任务以来首次返回地球的月球岩石。
在实验室对新月球岩石进行的实验表明，它们含有可能用作催化剂的材料，可在月球上制造燃料和氧气。该团队提出了一项战略，说明未来的月球探测器如何利用这些催化剂来创造关键资源，而不是携带这些补给，这是减轻长期太空探索成本的一种潜在方法。他们于周四在《Joule》杂志上发表了他们的研究结果。
前NASA宇航员、麻省理工学院航空航天学教授杰弗里·霍夫曼（Jeffrey Hoffman）表示，该团队能够利用新月球岩石的数据并“进行这类计算，我认为这非常令人印象深刻”。霍夫曼未参与该研究。然而，霍夫曼指出，在制造燃料和氧气所需的材料和能源方面，该研究缺乏关于该过程如何规模化的任何彻底估算。
提议的工艺需要月壤中的水、碳和化学催化剂。这些催化剂将帮助将水分解成氢气和氧气。在催化剂的帮助下，二氧化碳和氢气也可以转化为碳氢燃料——甲烷或甲醇——然后与新制造的氧气一起燃烧。
但月球表面没有碳，所以该团队的计划需要从宇航员舱室的空气中收集碳。这个过程被称为碳捕获，非常困难且耗能——它是缓解气候变化的一项热门技术。霍夫曼表示，宇航员如何将二氧化碳与空气分离，以及他们能获取多少二氧化碳，这些问题仍未得到解答。该过程还将依赖于从月壤中收集的水和金属，这又是一个挑战。
该团队打算利用人工光合作用来驱动这个过程，但霍夫曼不确定一个小型太阳能阵列是否能提供足够的电力来制造足够往返行程的燃料。
霍夫曼是“好奇号”火星车上负责从火星二氧化碳中制造氧气的“MOXIE实验”团队的成员。霍夫曼说，MOXIE实验需要300瓦的电力——足以运行一台小型吸尘器——“仅仅是为了每小时从大气中的二氧化碳中制造几克氧气”。最终结果只够几口氧气。
月球与行星研究所（Lunar and Planetary Institute of the Universities Space Research Association）的行星科学家、研究月球表面和地质学的朱莉·斯托帕尔（Julie Stopar）表示，新的月球研究有一些巧妙的想法，例如利用月球的昼夜周期来加热和冷却反应物并驱动部分过程。她认为，“挑战在于找到一种将其规模化并使其变得实用的方法。”
她表示，要让这样一个系统在月球上仅靠当地资源运行，探测器必须能够提供恰到好处的原材料比例，并能够在此过程中最大限度地减少浪费。最终，这是一个需要证明其可扩展性的实验室实验，这可能需要对月球般的环境进行几次修改和适应。该团队假设，宇航员可以从月球永久阴影区域的陨石坑中获取此过程所需的水。
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霍夫曼说，关于有多少水以及它们的可用性如何，“我们还没有确凿的数据”。他表示，水可能以水合矿物的形式存在，也可能是冰晶，集中在一起，或者分散在不方便的远距离沉积物中。NASA更喜欢平坦的、远离危险陨石坑的着陆点——但这些地方也是唯一可能存在大量可用水的地点。
霍夫曼说，即使存在可获取的水，收集冰也将涉及“在极度寒冷的地区进行一次采矿作业”：比绝对零度高40到60摄氏度。“我们目前没有能在这些温度下工作的设备。”
斯托帕尔说，在月球或火星上利用当地资源需要NASA“长期承诺”。她表示，目前，NASA仍处于为此类项目进行设计构思的早期阶段。
斯托帕尔认为，航天机构可以从更简单的地外材料目标开始——例如，利用月壤在月球上建造辐射避难所。然后，这些机构可以小规模地展示如何处理月壤来获取水。在其他星球上进行采矿将极具挑战性，但MOXIE已经证明了从火星大气中制造燃料是可能的。
霍夫曼说，在短期内，NASA可能只会运送所有往返火星所需的氧气。但NASA将要付出“代价”。他说，将燃料运往火星，而不是在红色星球上生产，风险会更低，但需要额外花费数十亿美元。然而，霍夫曼确信一件事：如果NASA要有一个可持续的火星探测计划，那么迟早宇航员将不得不开始利用他们在地球以外发现的资源。
