美國月壤“提氧-副產金屬”技術路線最新進展及對我國的啟示

導言：月壤作為月球最豐富的原位資源，其含有的氧元素與金屬成分是支撐月球長期駐留的核心物質基礎。美國圍繞月壤“提氧-副產金屬”技術的研發進展，為我國月球基地建設及深空資源利用戰略提供了重要借鑒。

關鍵詞：月壤 “提氧-副產金屬” 熔融月壤電解(MRE) 碳熱還原技術 月球原位資源利用(ISRU)

圖1 地球土壤與月球風化層對比信息圖

一、美國月壤“提氧-副產金屬”技術路線最新進展

美國聚焦氧-金屬聯產核心目標，通過產學研協同、多技術路徑并行的研發模式，推動技術從實驗室走向工程化驗證，在核心技術突破、系統集成配套等方面取得多項進展。

1.核心技術路線及驗證突破

(1)熔融月壤電解(MRE)

熔融月壤電解(MRE)是NASA(美國國家航空航天局)定義的高風險、高性能月壤資源利用技術，通過高溫熔融與通電可同步分離氧氣和鐵、硅、鋁等金屬，兼具高產率與規模化潛力，是美國重點布局的核心技術路線。

美國月球資源公司(Lunar Resources)在美國肯尼迪航天中心(Kennedy Space Center)模擬月球環境中，完成25kg高地月壤模擬物真空電解試驗，試驗總時長36小時、電解階段24小時，氧氣產量達到理論預期值，同時產出可用于分析的金屬與熔渣副產物。美國藍色起源公司(Blue Origin)以MRE技術為核心推進Blue Alchemist項目，目標實現月面月壤到氧氣、金屬材料的轉化，并進一步制造太陽能電池與電力傳輸導線，目前該項目已完成關鍵設計評審，計劃2026年內開展地面模擬月面環境的系統級測試。此外，MRE技術還具備地面轉化價值，可應用于清潔鋼鐵生產領域，已獲得美國能源部資金支持，并與地面工業界建立合作，實現地月技術雙向賦能。

圖2 NASA在真空高溫條件下開展熔融月壤電解(MRE)相關地面試驗

圖3 美國藍色起源公司(Blue Origin)“Blue Alchemist”項目工藝產

圖3 美國藍色起源公司(Blue Origin)“Blue Alchemist”項目工藝產物示例：金屬/硅/玻璃等

(2)碳熱還原技術

在產業協同方面，NASA通過“臨界點(Tipping Point)”等商業化技術成熟資助機制，與美國西銳航天公司(Sierra Space)共同推進碳熱還原原型反應器及其加熱/供能等關鍵子系統開展集成驗證與工程化成熟，從而降低后續月面演示風險。

圖4 NASA約翰遜航天中心(JSC)碳熱還原演示(CaRD)試驗艙：高功率激光器與反應器

(3)其他關鍵技術路徑

為滿足月壤資源開發的技術多樣性需求，NASA同步推進多條差異化技術路線，覆蓋不同月球區域資源特性。

氫/一氧化碳(H2/CO)還原技術

該技術路線適配赤道月海月壤特性，技術成熟度已達TRL 5。其核心可行性驗證于2008年完成——美國洛克希德?馬丁公司(Lockheed Martin)與約翰遜航天中心(JSC)分別研制兩套面包板系統，在夏威夷完成類月海模擬物地面驗證，成功驗證技術原理與概念操作流程;此后，該技術持續迭代優化，其中美國Pioneer Astronautics公司(現更名為Redwire公司)開發的MMOST系統，進一步實現月壤分選、制氧與金屬提取的一體化集成，將該技術與實際應用場景深度結合，延續其技術實用性與發展潛力。

真空蒸發/熱解技術

目前處于TRL4階段，正通過低溫蒸餾分離、電磁分離提純、固體氧化物輸氧等多方向優化性能，核心目標是提升氧提取效率與產物純度，相關研發依托企業自主研發及風險投資推進。

鹽酸還原-熔鹽電解聯用技術

在Lunar Forge(月球熔爐)挑戰賽中完成實驗室關鍵步驟驗證，證實其對月球高地斜長巖的金屬提取潛力，技術同樣具備地月雙重應用價值，可借鑒其工藝優化地面金屬冶煉流程，目前通過公私合作模式持續推進工程化研發。

2.系統集成與配套技術支撐

(1)MMOST集成化系統

NASA資助的“月球到火星氧氣與鋼材技術”(MMOST)是面向“制氧+制鐵/鋼”的一體化集成探索。系統通常以粒度分級與選礦/富集(可包含電磁分選等)提升富鐵礦物比例為前端基礎，在此之上采用H2/CO還原將月壤中金屬氧化物還原為金屬鐵/合金等產物，并通過水電解等環節制取氧氣并回收還原劑，金屬產物進一步經熔煉/精煉獲得可用的鐵/鋼材形態。公開信息顯示，該體系仍以實驗室/原型與模塊級集成為主，面向工程化應用仍需在連續運行、能量系統匹配、耐久性與自動化運維等方面進一步驗證。

圖5 MMOST概念流程(氫還原—電解閉路循環)：月壤制氧與制鐵/鐵基材料聯產

(2)探測-開采-輸送協同體系

美國高度重視資源探測與原料保障的閉環構建，強調“遙感選址-就位驗證-采掘/輸送工藝”的全鏈路協同。在資源先期預判層面，依托軌道遙感與極區永久陰影區環境模型開展分析;在采掘運輸驗證層面，通過地面模擬試驗與挑戰賽進行工程化驗證。其中，NASA探測用原位資源利用有效載荷(IPEx)原型機地面模擬驗證指標為5天完成10噸月壤采掘轉運，“11天完成同等任務量”為工程化階段參考目標，同步驗證百米級運輸能力;“月球破冰”挑戰賽則以“24小時持續作業完成800kg含冰/揮發物模擬月壤的開采與交付，并完成500米級運輸”為目標，檢驗系統能力與能效、質量約束下的方案可行性。極區就位探測方面，VIPER項目計劃調整后轉向商業交付路徑推進，具體發射與部署以NASA官方更新為準。

3.關鍵路線成熟度對比

根據NASA 2025年5月發布的資料，其月壤“提氧-副產金屬”核心技術的TRL等級呈現階梯化特征，主流技術路線已進入工程化驗證前期階段，具體如下表所示：

表 NASA月壤“提氧-副產金屬”關鍵技術TRL等級對比表

二、我國的啟示

面向月面長期駐留需求，我國可借鑒美國相關模式，推動月壤“提氧-副產金屬”技術從機理研究邁向系統驗證，按三階段推進，建立統一指標與開放平臺，實現技術可迭代、可工程化遷移。

1.構建全鏈條技術體系，布局多元技術路線

立足嫦娥任務已取得的月壤研究基礎，打破單一技術攻關局限，同步推進月壤開采、輸送、提取、加工全鏈條技術研發;針對月球不同區域的資源特性，差異化布局熔融電解、還原法、熱解法等技術路線，補齊原料供給等環節的技術短板，形成“多條技術路線并行、各環節配套支撐”的技術體系，提升技術容錯率與規模化應用潛力。

2.強化探測和研發協同，建立高精度資源數據庫

依托嫦娥七號/八號任務，開展月球南極水冰與礦物成分的精細化就位探測，獲取不同區域月壤的礦物組成、含量分布等關鍵數據，建立高精度月球資源數據庫;推動探測數據與提氧-金屬提取工藝研發的深度聯動，根據實際資源條件優化工藝參數，避免研發與月球實際資源環境脫節，降低后續技術落地的適配風險。

3.攻關低能耗綠色工藝，實現地月技術雙向賦能

結合我國月球基地以太陽能供電為主的規劃，聚焦月面能源供應約束問題，重點攻關低能耗提取技術，優化工藝熱利用效率與核心部件(如電極)材料性能;探索月壤ISRU技術與地面清潔冶金、金屬冶煉產業的融合路徑，將月球技術研發的工藝、核心原理應用于地面綠色制造，通過地月技術雙向賦能降低研發成本，實現“深空研發反哺地面產業”的良性循環。

4.發展模塊化自動化系統，適配月面極端環境

采用模塊化設計理念研發月壤資源利用設備，提升設備的月面部署靈活性、維護便捷性與系統兼容性，適配從初期小規模驗證到大規模基地建設的不同需求;重點研發自主開采、智能輸送與工藝操作機器人，攻克低重力、高真空、強輻射環境下的無人化運行技術，提升設備自主運行可靠性，減少對地面操控的依賴。

5.挖掘金屬高附加值利用，構建資源利用閉環

突破月壤提取金屬的粉末制備、成型加工，以及月球建材原位成型等關鍵技術，推動提取的氧、鐵、硅、鋁等產物向月面生命保障、基地結構建設、能源設備制造等領域延伸;構建“月壤資源-提取材料-原位應用”的閉環體系，提升原位資源利用的綜合效益，為月球基地自主建設與長期駐留提供核心物質支撐。

6.深化產學研與國際合作，提升技術轉化與國際話語權

建立類似NASA SBIR(小企業創新研究計劃)、STTR(小企業技術轉移計劃)的產學研協同研發機制，通過資金支持、項目招標等方式鼓勵企業參與月壤ISRU技術研發與工程化轉化，發揮企業在技術落地、產業配套中的優勢，加速技術從實驗室到工程化產品的迭代;依托國際月球科研站倡議，積極參與月球原位資源利用的國際標準制定，加強與國際伙伴的技術、數據共享，在引進先進研發經驗的同時，提升我國在深空資源利用領域的國際話語權。(北京藍德信息科技有限公司)

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