美国宇航局刚刚发射了第一枚火箭 阿尔忒弥斯计划，除其他外，它将进行科学实验以在月球上生产金属。
最近几年， 一些企业 和组织已经加大力度在月球上建立技术。 但是在太空中工作是昂贵的。 仅向月球发送一公斤材料 可以花费 120 万美元（189 万澳元）。
如果我们可以通过使用已经存在的资源来节省资金呢？ 这个过程称为就地资源利用，这正是天体冶金研究人员正在努力实现的目标。
为什么是月亮？
月球在未来的太空探索中具有惊人的潜力。 它的引力只有地球引力的六分之一，这使得将物体从月球飞到地球轨道比从月球飞到地球轨道要容易得多 直接从地球飞过来！ 在一个每公斤都值一大笔钱的行业中，省钱的能力极具吸引力。
尽管人们一直在研究制造氧气和火箭燃料 在太空中数十年Artemis 计划标志着我们第一次有了在太空中制造和使用金属的可靠计划。
多家公司 正在考虑从月球泥土中提取金属和氧气。 起初这些将是示范，但最终月球金属将成为太空建设的可行选择。
作为该领域的研究人员，我预计在大约 10 到 20 年后，我们将展示从月球中提取金属的能力，并且很可能会利用这些在太空中建造大型结构。 那么我们究竟能提取什么？ 我们将怎样做？
在晴朗的夜晚，您可以看到月球的两个地质区域——较暗的海海和较亮的高地。 图片来源：Shutterstock
外面有什么？
月球上有两个主要的地质区域，您可以在晴朗的夜晚看到这两个区域。 深色区域称为海海，含有较高浓度的铁和钛。 较亮的区域称为高地（或地形），铝含量较高。
一般来说，月球上的泥土和岩石含有硅、氧、铝、铁、钙、镁、钛、钠、钾和锰。 这听起来可能有点啰嗦，但实际上可供选择的并不多。 还有一些其他微量元素，但处理这些元素是另一天的话题。
我们知道铁、铝和钛等金属是 对建筑有用. 但是其他人呢？
好吧，事实证明，当你的选择有限时（另一种选择就是花一大笔钱），科学家们可以变得非常有创意。 我们可以用硅来制作 太阳能板，这可能是月球上的主要电力来源。 我们可以用镁、锰和铬来制造金属合金 有趣的属性以及钠和钾作为 冷却剂.
还有一些研究着眼于使用活性金属（铝、铁、镁、钛、硅、钙）作为电池或“能量载体“。如果我们真的需要，我们甚至可以将它们用作固体的一种形式 火箭燃料.
因此，当涉及到在月球上采购和使用金属时，我们确实有选择。 但是我们怎样找到它们呢？
提取将怎样工作？
格拉斯哥大学的研究人员使用电解分离工艺从模拟的月球泥土（左）中获得一堆金属（右）。 图片来源：Beth Lomax/格拉斯哥大学
虽然月球上有丰富的金属，但它们以氧化物的形式结合在岩石中——金属和氧气粘在一起。 这就是天体冶金学的用武之地，它只是研究从太空岩石中提取金属。
冶金学家使用多种方法从岩石中分离金属和氧气。 一些更常见的提取方法使用化学品，例如 氢 和 碳.
一些如“电解分离” 使用纯电，而更多新颖的解决方案涉及 完全蒸发岩石 做金属。 如果你对月球天体冶金学的完整概述感兴趣，你可以在 我的一篇研究论文.
无论使用何种方法，在太空中提取和加工金属都会面临许多挑战。
有些挑战是显而易见的。 月球相对较弱的引力意味着牵引力基本上不存在，像我们在地球上那样挖掘地面是不可能的。 研究人员是 工作 这些问题。
还缺乏重要的资源，例如地球上经常用于冶金的水。
其他挑战更小众。 例如，一个月球日相当于 28 个地球日。 因此，在接下来的两周内，您可以充分利用太阳的能量和温暖……但随后您将度过两周的夜晚。
气温波动也很大，从白天的 120℃ 到夜间的 -180℃。 一些永久阴影区域 低于-220℃！ 即使在远离地球的地方进行资源开采和加工，许多设备也无法承受这些条件。
11 月 16 日澳大利亚东部夏令时间下午 5 点刚过，Artemis 1 就壮观地起飞了。
这就把我们带到了人为因素：人们自己会在那里帮助解决所有这些问题吗？
可能不是。 尽管我们将来会派更多人登上月球，但陨石撞击、太阳辐射暴露和极端温度的危险意味着这项工作将需要远程完成。 但控制数十万公里外的机器人也是一个挑战。
不过，这也不全是坏消息，因为我们实际上可以利用其中的一些因素来发挥我们的优势。
太空的极端真空可以减少某些过程的能量需求，因为真空有助于物质在较低温度下蒸发（您可以通过尝试将水煮沸来测试 在一座高山上). 类似的事情也发生在太空中的熔岩上。
虽然月球缺乏大气层使其不适合人类居住，但这也意味着太阳能电池板和直接太阳能加热有更多的阳光。
虽然可能还需要几年时间才能到达那里，但我们正在用月球金属在太空中制造东西。 随着未来 Artemis 任务的起飞以及实现这一目标的工具，天体冶金学家将怀着浓厚的兴趣观看。
