ISRU : Du régolithe lunaire au carburant pour fusée - Révolution spatiale

2026年1月13日 • 6 min • Mickael Saidi

想象一下，要为一次为期数年的火星之旅运输每一升水、每一克食物和每一滴燃料。成本将是天文数字。这正是原位资源利用（ISRU）所要解决的挑战——将当地资源（月球风化层）转化为火箭燃料、可呼吸的氧气和建筑材料。ISRU 绝非科学家的异想天开，如今它已成为航天机构和私营公司实现太阳系可持续探索战略的核心。

正如美国国家航空航天局（NASA）所强调的，“利用太空资源进行深空探索”是一种范式转变。与其从地球携带一切，未来的任务将能够在月球或火星上“靠山吃山”。这种方法大幅降低了发射质量（从而降低成本），并提高了乘员的自主性。

在本文中，我们将探讨月球尘埃如何转化为推进剂，哪些技术正在开发中，以及为什么 ISRU 是未来外星殖民地的基石。

月球土壤（或称风化层）是覆盖月球表面的一层尘埃和岩石碎屑。其成分因地区而异，但富含氧（以氧化物形式结合）、硅、铁、钛、铝和钙。氧约占风化层质量的 40% 至 45%——这是用于呼吸和推进的宝贵资源。

为了提取这些元素，多种技术正在研究中。最有前景的是太阳能热解：利用聚光太阳能的镜子将风化层加热到极高温度（约 2500°C）。在高温作用下，氧化物分解并释放出氧气。剩余的金属可用于建造或制造零件。

另一种方法由蓝色起源公司以“蓝色炼金术士”之名开发，利用熔盐电解提取氧气和金属。2026 年 9 月，该公司宣布通过该工艺在实现永久可持续月球基础设施方面迈出了重要一步。

在月球上生产火箭燃料不仅仅是提取氧气。还需要燃料。两种最可能的候选者是氢和甲烷。但到哪里去找呢？

氢：可以通过电解水来生产——但月球上的水很稀少，主要分布在两极永久阴影的陨石坑中。在那里提取既复杂又耗能。
甲烷：更容易合成，甲烷（CH4）可以通过将碳（来自风化层或火星大气）与氢结合来制造。碳以元素碳或碳化合物的形式存在于风化层中，但浓度很低。对于火星任务，另一种选择是利用火星大气中的二氧化碳（CO2）。

SpaceBandits 公司很好地总结了这一挑战：“深空探索肯定会利用所有可用的太阳能，但风化层将为火箭燃料提供关键的氧化剂。”简而言之，从月球土壤中提取的氧气可用作火箭发动机的氧化剂，而燃料（氢或甲烷）将从地球带来或在水可用时当地生产。

> 关键点：ISRU 的目标并非 100% 在当地生产燃料，而是大幅减少从地球发射的质量。即使只在月球上生产氧化剂（氧气），也能将返回地球所需的推进剂质量减半。

多家公司和机构正在研究 ISRU 演示器：

NASA：通过其阿尔忒弥斯计划，该机构计划发送机器人任务来测试从风化层中提取氧气。目标是为载人火星任务生产燃料。
蓝色起源：蓝色炼金术士系统已证明能够从模拟风化层中生产氧气和金属。该公司旨在建立完整的月球基础设施。
大学和实验室：研究人员利用阿波罗任务带回的真实风化层制造了火箭燃料，正如 Reddit 在 2026 年所报道的那样。这一概念验证表明化学方法是可行的。

2026 年发表在《太空：科学与技术》上的一篇科学评论证实，“月球上的 ISRU 被认为是最有希望的方法，通过提供一些必要的关键产品来实现可持续的深空探索。”

尽管取得了进展，但障碍依然存在。大规模提取需要能够承受月球环境（极端温度、真空、磨蚀性尘埃）的坚固设备。氧气和燃料的提纯需要能源——这可以通过太阳能电池板或紧凑型核反应堆提供。

此外，月球矿场的修复是一个新兴话题。2026 年《科学指南》上的一篇文章讨论了月球矿场的修复：如何在提取后恢复环境，这是可持续存在的伦理和技术问题。

尽管如此，ISRU 已被纳入任务计划。正如《今日宇宙》（2026 年）的一篇文章所强调的，“乘员将不得不依赖原位资源利用来完成深空任务。”下一步将是在本十年末之前在月球上演示这些技术。

ISRU 不是一种选择，而是一种必要。没有它，发射成本将使任何外星殖民变得不可行。通过将月球风化层转化为燃料、氧气和材料，我们可以减少对地球的依赖，并为载人火星及更远任务铺平道路。

正如 Spaceresourcetech 所提醒的，“原位资源利用将从根本上改变我们处理太空任务的方式。”月球上的下一步——以及火星上的第一步——将借助我们脚下的尘埃来实现。

致数字专业人士：请密切关注 ISRU 的进展。为太空开发的技术很可能在地球上找到应用，涉及回收、能源和可持续采矿等领域。