毅力号首次制造火星氧气，可呼吸10分钟，对人类移居有何意义

最近航天方面的新闻真是多，一件接一件。火星上那个毅力号携带的小直升机刚刚完成首飞，飞起来3米多高，算是人类的一大突破，终于有人造飞行器在外星球上御风飞行了。

与此同时，毅力号火星车自己也没闲着。紧接着毅力号就爆出一个大新闻。肚子里自带的电化学装置成功地把二氧化碳转化成了氧气。一共生产了5克氧气，数量上刚够一个人呼吸10分钟。但这是一个不折不扣的创举。

氧气对我们人类的重要性不言而喻。可是宇航员上太空，氧气都是从地球上带过去的。而且对于火箭发动机来讲，氧气是燃料的一部分。不管是液氧煤油发动机还是氢氧发动机，都是要用到液氧的。如果是绕着地球一圈一圈打转转，随时可以派货运补给飞船给空间站补充物资。俄罗斯的宇航员波利亚科夫曾经创下了在太空连续居住437天18小时的记录。一年多不下来，也是有的。

可是，我们人类如果要去火星，那可就没办法随时派补给飞船了。这一来一回要好几年，所有东西都要自己带着。每隔26个月才有一次发射窗口期。趁这个窗口期去火星，起码好几个月才能到火星。在火星上要熬到下一个窗口期，才有机会回地球。这一来一回，时间太长了。要是氧气全靠地面运过去，实在是太麻烦。

要知道，为了多运一点东西，燃料要多带不少，火箭也要做大一点。完了，火箭一大，重量变大，燃料又不够了，需要再多带……总之，这是个连锁反应，载荷重了一点，火箭要放大好多。越大的火箭越贵，这是根本承受不起的。

当然，也可以用在轨加油的办法解决问题，但是这也还不够。所以，在火星表面制取燃料就成了非常重要的能力。能就地取材，总是好过千里迢迢的带过去嘛。

这一次，毅力号上带了一个电化学实验装置叫MOXIE（莫克西），就是为了测试一下能不能从二氧化碳之中提取氧气。火星大气之中96%是二氧化碳，尽管大气很稀薄，但是数量管够。

这个提取氧气的装置体积不大，24cm×24cm×30cm，大概有半个微波炉那么大，重量是17.7公斤。这个装置要把二氧化碳吸进来，然后加热到800摄氏度，然后通过热解离和电催化相结合，让二氧化碳分子分解成氧离子和一氧化碳分子。氧离子带负电，我们不是常说“负氧离子”嘛，负氧离子会往高压电的正电极跑，这不就把氧给分离出来了嘛。最后两个氧离子搭伴变成一个氧分子，这就是氧气。莫克西每个小时最多产10克氧气。

二氧化碳被分解以后还会产生一些一氧化碳，这东西俗称煤气，煤气中毒就是这东西搞的，千万不能让这东西混进去。火星大气之中还有一些其他乱七八糟的气体，反正这些都不重要，一股脑排出去就万事大吉了，目前看来，能制取氧气就是一大进步。

这一次分解二氧化碳制造氧气并不需要水的参与，但是，产生氧气只是第一步，未来要制取燃料，制取甲烷。要制取甲烷就必须要水的参与，否则氢原子从哪里来呢？对吧。

氢气和氧气来源于电解水，火星上是有水的，二氧化碳来自于火星大气层。你要想制造甲烷，过程并不复杂。早在1897年，法国化学家萨巴蒂尔和森德伦斯就发现，在高温高压下，利用含镍和铝的金属氧化物作为催化剂，可以用氢气和二氧化碳产生反应，来生成甲烷和水。这就是著名的萨巴蒂尔反应，萨巴蒂尔后来还因此而获得了1912年的诺贝尔化学奖。

你知道为啥马斯克的猛禽发动机采用了液氧甲烷作为燃料，而不是液氧煤油嘛，就是因为在火星上是有可能就地取材生产甲烷的，但是没办法生产煤油这种复杂的碳氢化合物。这家伙满脑子惦记的都去火星，一切都是为了去火星做准备的。不过，在他去火星之前，麻烦先把特斯拉的刹车问题解决了再走。

扯远了，扯回来。

其实萨巴蒂尔反应在航天领域早有运用，您慢慢听我说。

最近，海南文昌发布了一系列的禁令，从4月23号到30日，禁止一切单位、组织和个人进行各类体育、娱乐、广告性飞行活动，禁止使用系留气球等悬挂装置，禁止燃放孔明灯。其实这些政策当地人都已经习以为常，但凡有这样的公告，说明文昌发射场要火箭发射了。

没错，长征5B遥2火箭经过垂直转运，已经矗立在发射架上，4月29号上午，要用这枚火箭来发射我国天宫空间站的核心舱。大家记得到时候看电视转播哦。

天宫空间站将保持长期有人居留，比过去的天宫1号和2号有人居住的时间都要长。所以资源的循环利用也就更加重要。据了解，天宫空间站就配备了一套萨巴蒂尔反应装置。

过去，空间站的氧气一般来自于电解水，氢气就用不着了，直接排放掉，人呼吸氧气产生二氧化碳。二氧化碳过去也是没有用的，要用氢氧化钾或者是氢氧化锂吸收掉，但是这么干显然太浪费了。

现在，把人呼出来的二氧化碳收集起来，和电解水多出来的氢混在一起，利用萨巴蒂尔反应，变成水和甲烷，水可以循环使用。甲烷可以排放掉，不过1个甲烷分子带了4个氢原子，排出去的话，氢元素还是白白损失了。最好是想办法把甲烷分解成乙烯+氢气，氢气也还可以再利用，1个乙烯分子只含有2个氢原子，排放掉的话，损失比直接排放甲烷要小。

当然，美国人曾经动过脑筋，是不是用二氧化碳+氢气直接制造水和固体的碳元素，这个过程叫“博世反应”。但是固体碳颗粒对催化剂不利，目前还没办法解决。暂时就不考虑这个办法了。

国际空间站也是2010年才加装上萨巴蒂尔反应装置的。我们的空间站是全新的，而且规模也不小，从长远考虑，肯定是一步到位，直接上萨巴蒂尔反应装置比较合算。大家别急，过几天，天和号核心舱就要发射了。

今年可是好戏连台，马上要打核心舱段，过一阵子再打神州载人飞船，要打天舟补给飞船，空间站的建设忙得很呢。

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