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月亮上沒水、沒電、沒空氣，但不久的將來可能就會有了。
Photo by Pixabay
月亮上沒有水、沒有電、也沒有空氣，至少現在沒有，但不久的將來可能就會有了，航太專家們看好未來十年的月球開發。美國太空總署 NASA，繼半世紀前阿波羅 (Apollo) 12 位太空人登月之後，現在阿特米思 (Artemis) 計畫之下，2024 年將重返月球並建基地。歐洲太空總署 ESA 也計畫成立月球國際村，為十年後去火星鋪路。除了美歐，別的國家也會在月球軌道或地面進行研究。無論怎麼發展，水電與空氣的基礎建設都列為優先。
（註：阿特米思是女月神，是太陽神阿波羅的姐姐，都是宙斯的孩子）
科學家早先就發現月球的南極向陽面有氫的痕跡，但不確定有水 (H2O) 這氫二氧一的化合物。向陽面經常日照，月球沒有大氣，水應很快就蒸發了，但最近 NASA 的平流層紅外線天文台 (SOFIA)，探測出水的痕跡。這個天文台是一架 747 飛機改裝的，以 6 微米的解析度探測出水的化學「指紋」，以前 3 微米則無法探測出羥基 (hydroxyl) 與水的區別。
至於水是怎麼來的，科學家推測可能是小殞石帶來的，而小殞石撞擊產生的熱，也可能把兩個羥基分子合成一個水分子。也因為熱量，會把產生的水困在一個筆尖大小的玻璃珠裡，這樣就把水保存下來。那水有少？科學家估計每一立方米，約有一瓶 12 英兩（0.34公斤）的水，如果小水珠也有埋在地下的，那就更多了。
有了水，就可以在月球紮營，作為長久的基地，除了飲用以及生活所需，還可以合成氧氣，甚至製造燃料，對火星與更遠的旅途，成為不可或缺的補給。但這些水怎麼取出來，只有到月球實地觀測。NASA 計畫在 2022 年底送一個機器人 VIPER 到月球南極，希望能畫出一個水源地圖供以後太空人參考。
開發水源，不是一天兩天的事，但建立前哨基地所需要的能源，就比較單純，MASA 要在月球、甚至以後的火星，安裝小型核能發電機，先在地球測試，拆開運送，到月球組裝就立刻有電可用。最初的目標是 4 部 10 千瓦的核電機，2026 年裝在月球預計可以用 10 年。NASA 公開徵求民營公司參與，據稱已經有 22 家回應。
裂變式核電在地球上使用多年，不是新技術，但要小型輕便利於運送，專家介紹了運作概念。低濃縮核燃料的核芯啟動小型核反應器，產生的熱能傳送到能源轉換系統，帶動引擎製造電能，配送到月球各需要的設備。引擎的設計是靠反應器的熱能驅動，不是傳統的內燃機，這種設計在散熱技術上是重要的考量，來維持機件的正常運作溫度。
為什麼用核能？月球沒風、沒水（還沒有），唯一可以考慮的再生能源太陽能，專家也不認為可行。月球沒有大氣層與水氣做為屏障，讓光伏板裸露於太空，受到不確定的流星雨襲擊，加上月球地殼的火山等可能的震動，讓沈積的灰塵無法分解散去。何況月亮的黑夜漫漫，長達 14 地球天，月亮一天是地球的 27.32 天。
美國 NASA 要在月球開發水電，歐洲太空總署 ESA 卻要在月球製造空氣，具體的說是氧氣，一方面供太空人呼吸，另一面作為飛行燃料的補給，火箭的載重設計都可能因而改觀。氧氣從哪裡來？就在月球表面的灰沙裡，這種稱為「氧化岩屑」的灰沙，含有 45% 重量的氧。
一年前經 ESA、蘇格蘭格拉斯哥大學、英國 Metalysis 公司合作的研究，可以從中提取 96% 的氧，餘下的去氧物質更可以做不同的應用。ESA 現在資助 Metalysis 九個月，研發一套完整的取氧、存氧、轉換呼吸空氣、以及製造火箭燃料的程序。這個程序一旦在月球上運作，取之不盡的原料，國際月球村就有希望開工了。
取氧是用牛津大學 FFC 技術，是在 900 至 1100°C 之間的電化學處理，把氧化物作為陰極、碳作為陽極，放在氯化鈣的融槽裡，然後加電壓，當電壓偏向陰極，氧化物就會釋放氧離子到氯化鈣融鹽，而產生氧化鈣，進而從融鹽轉到陽極，產生一氧化碳與二氧化碳，理論上一個惰性的陽極可以用來製作氧氣。
開發月球在地資源，轉為基礎建設，成為飛行的補給站，讓往返地球越為便利。到那時候，我們舉頭望明月就不再覺得遙遠，不過三天的旅程，就能上月亮觀光去。這可能就是十年的事了....
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