本週，當研究人員聲稱他們發現了月球表面存在水冰的確鑿證據時，開採月球的狂熱者們尤其高興。那裡有比我們想象的還要多的水冰，而且我們知道它們確切的藏身之處。這可能使未來開採這些水變得更加容易。
早在這一發現之前，研究人員就已經迫不及待地想要採集任何可能潛藏在月球表面的水資源。對於未來在月球上執行的長期任務來說，這是一種非常寶貴的資源，因為水是生命在地球上運轉所必需的。它可以在月球棲息地內回收，也可以用於飲用水或洗澡。它還可以用來幫助月球上的植物生長，而這些植物是未來月球居民需要的營養。
但是，對月球水最大、最直接的應用可能是製造火箭推進劑。水的主要成分——氫和氧——是目前用來為火箭提供動力的兩種最主要的材料。利用月球上的水製造火箭推進劑可以大大降低在太空執行雄心勃勃的任務的成本。現在，離開地球的火箭必須攜帶所有他們需要的推進劑。但通過利用月球冰，火箭一旦進入太空就有可能獲得燃料補給，從而以更少的成本探索更遙遠的太空。
任何東西進入太空都是花費昂貴的。如果你想讓你的衛星擺脫地球重力，將衛星送上軌道需要大量的推進劑來提供動力。事實上，火箭發射時的大部分重量只是將其送入太空所需的推進劑的重量。你想讓飛行器探索的太空更遙遠，你需要的推進劑就越多。需要更多的能量來遠離地球的引力。因此，深入太空的任務將會變得更加昂貴，因為需要更多額外的推進劑才能到達目的地，並且還需要更大的火箭來容納推進劑。
但是，如果不是從地球上就攜帶所有需要的推進劑，而是用已經在太空中的推進劑重新填滿你的燃料艙呢?那麼，探索太空深處任務就會變得更像越野公路旅行。科羅拉多礦業學院(Colorado School of Mines)教授、聯合發射聯盟(United Launch Alliance)前副會長告訴The Verge“想象一下如果你不得不驅車到丹佛，一路上沒有加油站，那麼從紐約出發時你就必須攜帶到達目的地所需的所有汽油。但是你的車子可能沒有辦法裝下所有的汽油，你得想辦法用工具拖運。”這就是為什麼月球開採的想法如此誘人的原因。來自月球的水可以被開採、分解成火箭燃料，然後運送到月球附近或近地軌道的推進劑儲存庫。那麼，火箭就可以不用建造的如此大來容納所有的推進劑了。他們可以簡單地停靠一個補給站，為長途太空旅行進行補給。
從月球運輸推進劑到太空中的其他地方遠沒有從地球直接攜帶所有推進劑那麼昂貴。月球的重力是地球的六分之一，這意味著它脫離月球表面所需的能量更少。Sowers最近分析了從月球運輸推進劑到太空中不同地點的成本。舉個例子，即使我們的地球離近地軌道更近，但把月球的水運送近地軌道仍然比從地球上運送更便宜。“如果你打算在近地軌道上使用這種推進劑，使用月球推進劑比使用地球推進劑可能節省20%或30%成本，”索爾斯說。
幾十年來，科學家們一直夢想著把月球水變成火箭燃料，越來越多的證據表明，月球兩極可能是開採的黃金地帶。1994年，美國國家航空航天局(NASA)和美國軍方聯合發射的一個名為“Clementine”的探測器在月球兩極的隕石坑中發現了水存在的證據。這些地方從未見過陽光，也從未達到華氏零下250度以上的溫度。此後多次登月任務表明，這些地點也可能存在水。2009年，NASA將一艘名為LCROSS的航天器在月球南極撞出一個大坑，以觀察撞擊產生的物質。NASA發現，噴射出來的物質中大約有5%是水。
然而，本週發表在《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)雜誌上的一項研究表明，月球的某些區域可能存在水氾濫現象。夏威夷大學(University of Hawaii)和布朗大學(Brown University)的研究人員分析了從印度Chandrayaan-1航天器收集的數據。通過使用航天器的一種儀器，他們能夠通過測量水的反射率來精確定位月球上的冰區。他們還通過紅外光觀察了這些位置，這使他們能夠確定水是以冰的形態存在，而不是蒸汽或液體。他們不僅證實了月球表面有水冰的存在，而且地表的一些區域由20%到30%的冰組成。根據月球表面冰層的深度可以確它們能否作為火箭推進劑的充足原料。
近地軌道的推進劑儲存庫為新的太空任務提供了許多機會。一種想法被稱為“太空拖船”——一種停留在太空的火箭，可以反覆為飛行器補充推進器，以便將其送入到最終目的地。目前，進入地球上空高軌道的衛星被部署到初始轉移軌道，然後花6個月到1年的時間，利用機載推進器慢慢地把自己升得更高。在這段時間裡，衛星無法進行作業，所以它不會有所回報。但有了太空拖船，衛星就可以用更小的火箭部署到更低的軌道上，然後已經在太空的可重複使用的火箭就可以在幾天內將探測器“拖”到目標的軌道。這為衛星運營商節省了資金:他們不需要那麼大的火箭才能將有效載荷探測器送入太空，而且他們有更多的時間從探測器中賺錢。
是的，月球水作為燃料很吸引人，但在太空開採水並不容易。首先，需要開展廣泛的勘探活動。多虧了美國國家科學院院刊的這項研究，研究人員基本上已經繪製出了一張地圖，顯示了在哪裡可以找到月球兩極最豐富的冰塊。下一步是派遣著陸器和月球車到這些地區，找出最佳的目標位置和查明冰的集中度。科學家們仍然不知道冰是否以融雪的形式與泥土混合，或者它是否像固體磚塊與其他表面材料融合在一起。 Metzger說：“我們知道如何設計提取它的設備。我們只是不知道該使用哪一套設備。”
一種想法是用一個挖掘機器人來挖掘月球土壤，將這些材料運送到處理器。然後，這個處理器通過加熱將冰從土壤中分離出來，再用電力將水分解為基本元素部分，由此產生的推進劑燃料將被送往太空中任何需要的推進劑儲存庫。
當然，所有這些都是花費昂貴的。“這歸結于于成本分析，”Metzger說。“從地球上發射火箭燃料更便宜嗎?還是一次性把設備發射到太空，然利用這些設備在太空中不斷製造火箭燃料更便宜?”根據Metzger, Brisset和Sowers的分析，他們估計投資月球開採要想盈利需要10年的時間。但由於月球開採的風險如此之大，可能沒有多少風險投資家會想要馬上投入其中。
這就是為什麼這個團隊建議NASA應該通過部分資助早期開採開發工作而參與進來。這樣一來，如果一個可信的政府機構參與進來並承擔部分成本，商業投資者就更有可能參與進來。
NASA也不只是在幫投資者忙：據Sowers的分析，該機構曾表示，每年可能需要多達100公噸的推進劑，才能為從基地離開月球表面的飛行器提供動力。如果他們不得不從地球上運送所有這些燃料，那麼每年將花費大約35億美元。製造月球燃料所節省的費用可以使登月和火星任務更便宜。“這將使火星任務的成本更低”Sowers說。例如，用月球推進劑為火箭補充燃料將會使從地球到月球的成本降低三倍。這是一個很重要的細節，因為NASA正打算再次進行人類登月任務。
“我多年來一直在說，水是太空中的石油，” Sowers表示，“如果NASA的計劃是在月球上建立一個永久的人類空間，NASA需要做的第一件事就是建立一個推進劑生產設施。”
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