月球表面没有空气，如果想在那里建造大型基地的话，氧气的问题必须解决，要么从地球上带过去，要么通过植物光合作用来制氧，这两种方法的难度和成本都不低。不过，氧气这种东西很可能是“踏破铁鞋无觅处，得来全不费功夫”，连科幻小说都没想到，利用遍布月球表面的月壤，就可以在原地制氧，真有这么神奇吗？
在月球上建基地需要大量氧气
月球是地球最重要的卫星，已经有45亿年左右的历史。关于月球的来历，现在普遍是这么认为的：在地球刚刚形成的年代，遭到了另一颗不知叫什么名字的原始行星的猛烈撞击，不仅撞歪了地球的自转轴，还将大量物质被抛向太空，形成了月球。
如今几十亿年过去了，地球上的人类已经进入了航天时代，月球这颗不算太远的卫星就成了探索宇宙的第一站。月球引力较小，人们希望在这里建设前进基地，以此为跳板，可以向太阳系更远的地方进军，恰巧月球上资源又极其丰富，因此成为航天大国的必争之地。
月球表面一片荒芜
1969年，美国的阿波罗11号首次登月，使其成为探月方面当之无愧的霸主，将只能发射无人探测器的苏联远远地甩在了身后。而几艘阿波罗飞船从月球带回来的381.7公斤月壤，也成了无价之宝，还被当作礼物送给其它国家，其中就送给中国1克，虽然不多，但也让我们第一次对月壤有了深入的研究。
到如今，嫦娥探月工程连战连捷，软着陆、月球车都搞出来了，嫦娥五号更是成功实现了采样返回，一举拿到了1731克月球样品。这个数量仅次于美国阿波罗计划，超过了苏联历次任务采集量的总和，更是遥遥领先于刚刚实现月面“硬着陆”的印度。与当年只能拿到1克月壤相比，是真的阔了。
嫦娥五号实现了采样返回
嫦娥五号的成功，不仅让世界看到了我国在探月领域的硬实力，更让我们在月球开发方面有了更强的话语权。基础打好了，更宏大的目标就不再是空中楼阁。下一步应该是载人登月，更远大的月球基地也不再那么遥不可及。
但如果要在月球上建基地，水和氧气是绕不过去的两大必需物资。从地球向月球输送会耗费大量的成本，最好是能在本地解决。但月球上没有空气，看上去一片荒芜，过去一直认为月球上没有水。不过后来美国发射探测器撞击月面环形山的阴影区域，在扬起的尘埃中观测到了水的存在，而且含量可观。
嫦五带回1731克月球样品
如何从-240℃的环形山深处阴影中提取水还是个难题，但水是可以循环使用的，即使从月球上无法获得水，只要初期运过去一些，就可以一直循环，消耗量相对较少。我国空间站就装备了尿处理子系统和水净化系统，可将航天员的尿液、汗液等进行蒸馏和深度净化，净化完成后的水完全可以饮用。
但氧气就不同了，它基本上是纯消耗性的。制氧的手段有很多，可以直接电解水，也可以用再生药剂将呼出的二氧化碳转化为氧气，但这些方式要么消耗水，要么消耗化学药品，不可再生，因此都不是一劳永逸的解决方案。最好的办法还是就地筹集，在月球上寻找氧气来源。
可是既然月球上没有空气，到哪里去找氧气呢？还真能找着，只是这些氧并不是气体，而是存在于月壤中的氧元素。月壤是月球表面的一层几米到十几米厚的土壤，主要来自月岩的风化。月壤非常细腻，平均粒径只有几十到一百微米，有些样品颗粒更小，摸起来甚至有点儿像面粉。
阿波罗计划宇航员留在月壤上的脚印
由于月球上的温差大，被阳光照射到的地方温度可达127℃，背阴的地方又低至-183℃，巨大的温差使月岩不断崩解，形成岩屑。强烈的太阳风和宇宙射线辐射也降低了月岩的强度，加速了风化过程。另外月球还承受了大量陨石撞击，在月壤形成过程中也起到了一定作用，月壤中因此还含有一些熔融过的“玻璃渣”。
根据对历史上采集的月壤样品的分析结果，月壤里的矿物质主要包括辉石、橄榄石、斜长石等，主要由各类氧化物构成，如二氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化钙和氧化镁等，因此，月壤中不仅包括着大量的氧元素，还富含硅、铁、铝、钛等重要的金属或非金属元素，是一个巨大的宝藏。
月岩样品
科学家对月壤的利用方法其实早有研究，包括直接用月壤来做结构材料，通俗点儿说就是做砖块，还有用月壤来3D打印，做出各种复杂实体，或是融化月壤做成玻璃纤维等。而利用冶金手段来还原月壤，生产出铁、硅、铝等产品的方法，也进行了很多研究，其中就包括用直接熔融电解的方法来获得氧气和金属材料。
在前不久进行的工程科技论坛：深空探索科学技术与应用大会上，航天五院508所果琳丽研究员就介绍了我国在月壤制氧技术上的最新进展。她指出，将月壤或月岩加热熔融后进行通电电解，就可产生氧气，氧气会从熔体中以气泡形式释放出来，加热到1600~2500℃时含氧岩体就可以分解产生氧气。
这种方法的制氧效率很高，100公斤样品可以产生20至30公斤氧气，而原料仅仅是月球上随处可见的月壤和月岩，制得的氧气不仅可以用来呼吸，还可做火箭燃料，大大减轻了从地球运输物资的负担。而且熔融电解法还可生产纯度较高的硅、铁等金属材料，更是人类建造基地或太空船所必需的。
熔融电解法制氧
不过该方法也有缺点，就是需要的温度较高，对制作电极、容器等的材料要求高，而且危险性比较大。但据果琳丽研究员介绍，航天五院511所已通过利用嫦娥探测器平台，用小型反应炉开展了月面制氧试验，取得了一定成效。
如果这一技术能够成熟并大规模应用的话，那就相当厉害了。我们可以用太阳能发电，然后用电能直接将月球上的土和石头变成氧气和各种金属，实现在月球上的大工业。将来不光可以建设月球基地、月球城市，那些科幻小说中的巨型星际飞船也可在月球上直接建造，那里引力小，比在地球上更容易发射进太空。
其实除了用于制氧、生产金属，月壤中还含有其它珍贵的物质，最著名的就是氦3。氦3是一种理想的核聚变燃料，氦3聚变释放的能量高，辐射还小，但条件要比现在的氘氚聚变苛刻，是人类设想中的未来能源。
正在采矿的月球基地
氦3主要存在于太阳风中，地球上的含量极小，仅有500公斤左右。而月球没有磁场，表面的月壤在亿万年的时间里不停地被太阳风粒子轰击，大量氦3留在了月壤中。将月壤加热到700℃以上，氦3就会释放出来。因此开发月球获取氦3，解决人类的能源问题，也是探月的一项重要目标。
而这一切都依赖于我国的探月工程。希望我们的航天员能够早日登上月球，留下中国人自己的足迹，并开发月球上的宝藏，最终实现星际旅行的梦想。
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