隨著人類探索太空的腳步邁得越來越大，在月球上，甚至在火星上駐留并建設基地成為可能。想在月球上居住和旅行，水、氧氣等生存資源和交通工具就不可或缺了。而如果能在月球能就地取材，為人類提供生存的資源，那星際旅行的愿望或許就不再遙遠。
近日，在中國空間站夢天實驗艙航天基礎試驗機柜其中一個“太空抽屜”里，地外人工光合作用技術試驗順利展開，成功實現(xiàn)了高效二氧化碳轉(zhuǎn)換和氧氣再生新技術的國際首次在軌驗證。
地外人工光合作用怎樣實現(xiàn)？
光合作用在地球上并不是新鮮事，它是植物、藻類和某些細菌在可見光的照射下，利用光合色素將二氧化碳（或硫化氫）和水轉(zhuǎn)化為有機物，并釋放出氧氣（或氫氣）的生化過程。光合作用是一系列復雜的代謝反應的總和，是生物界賴以生存的基礎，也是地球碳氧循環(huán)的重要媒介。
那么，什么是人工光合作用？國際宇航聯(lián)空間運輸委員會主席楊宇光解釋說，科學家發(fā)現(xiàn)半導體催化劑在光照射下可實現(xiàn)水的分解和二氧化碳轉(zhuǎn)換，并將其稱為“人工光合作用”。“人工光合作用”與綠色植物的光合作用有相似之處：第一，都是將太陽能轉(zhuǎn)換成為化學能；第二，反應原料都是水和二氧化碳，產(chǎn)物是氧氣和含碳化合物。
國際宇航聯(lián)空間運輸委員會主席 楊宇光：在天宮空間站上進行的人工光合作用，這次產(chǎn)生的有機物是乙烯，這是一個廣義的光合作用。
2015年，我國科研人員提出在地外開展原位資源利用的“地外人工光合作用”概念并開展研究。“地外人工光合作用”是在地外通過物理化學方法利用太陽能將二氧化碳和水原位轉(zhuǎn)化成氧氣和含碳化合物。這一技術正是人類走向更深遠的太空的基礎：
國際宇航聯(lián)空間運輸委員會主席 楊宇光：未來人類在月球和火星建立基地，最核心的一個問題就是要實現(xiàn)低成本可持續(xù)的基地長期運營。這里有兩方面的問題，一是要實現(xiàn)低成本的人員和貨物的往返運輸系統(tǒng)，另外一個是實現(xiàn)基地物資基本能夠自給自足。
也就是說，如果人類的腳步再次踏入月球，甚至到達更遙遠的火星和小行星，如何實現(xiàn)“擺脫地球資源供給”是人類長期地外生存的主要挑戰(zhàn)之一。那么，“我們有可能在另一個星球上長期居住嗎？”這一問題目前已成為全球最前沿的125個科學問題之一。中國航天科技集團郭佩介紹，利用星壤資源或火星大氣中的二氧化碳資源，原位制備氧氣和燃料，是實現(xiàn)地外原位資源利用并擺脫地球資源供給的重要手段。
中國航天科技集團 郭佩：地外人工光合作用技術有望作為未來地外原位資源利用的重要技術之一，為我國載人深空探測重大任務提供關鍵技術支撐。
在國際宇航聯(lián)空間運輸委員會主席楊宇光看來，目前我們在中國空間站進行的這項試驗，就是在為未來做準備。
國際宇航聯(lián) 空間運輸委員會主席 楊宇光：火星的大氣中有豐富的二氧化碳，而且目前無論是在月球還是在火星，人類都已經(jīng)找到了水的存在，利用火星的二氧化碳和水能不能制造其他的物資？美國的毅力號火星車已經(jīng)利用火星大氣中的二氧化碳進行了制氧實驗，只不過產(chǎn)物是氧氣和一氧化碳，那能不能像地球上的植物一樣利用水和二氧化碳產(chǎn)生有機物呢？目前來看，無論是利用生物方法，還是物理化學的方法，這肯定是可行的。
據(jù)介紹，相比于常用的高溫、高壓二氧化碳還原技術，地外人工光合作用可以在常溫、常壓條件下實現(xiàn)二氧化碳還原和產(chǎn)氧；還能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能到化學能、太陽能到電能再到化學能、太陽能到熱能再到化學能等多種能量轉(zhuǎn)換方式，有效提高能量的利用效率。
中國航天科技集團 郭佩：通過改變反應的催化劑，可以定制化地獲得地外人工光合作用的不同二氧化碳還原產(chǎn)物，包括可作為推進劑的甲烷或乙烯、可作為合成糖類的重要原料甲酸等，對未來地外長期生存和原位資源利用有重要價值和意義。
特別值得一提的是，地外人工光合作用技術試驗裝置雖然只是航天基礎試驗機柜其中一個“太空抽屜”，但是功能卻很強大。
中國航天科技集團 郭佩：它不僅能夠在軌通過“人工光合作用”制備氧氣和含碳燃料，還能夠?qū)崿F(xiàn)對反應過程的監(jiān)測和產(chǎn)物的在線分析，并獲得大量微重力環(huán)境下氣、液、固多相物理化學過程試驗數(shù)據(jù)，為科學研究和技術發(fā)展提供重要基礎。另外，這個“太空抽屜”還具備在軌“升級”能力，通過在軌更換模塊操作，可驗證不同種類的反應，實現(xiàn)技術快速迭代。
郭佩透露，目前，地外人工光合作用技術試驗裝置已經(jīng)完成了第一、二階段共12次在軌試驗，國際上首次實現(xiàn)了基于地外人工光合作用技術的二氧化碳轉(zhuǎn)換和氧氣再生，獲得了氧氣和二氧化碳還原產(chǎn)物乙烯。
中國航天科技集團 郭佩：階段試驗成功驗證了常溫二氧化碳催化轉(zhuǎn)化，微重力下固、液、氣多相反應界面上氣體輸運與分離，空間高精度氣體和液體流量控制，以及氧氣和二氧化碳還原產(chǎn)物高靈敏度在線檢測等關鍵技術。試驗獲得了大量微重力下的多相物理化學反應過程試驗數(shù)據(jù)，為發(fā)展地外原位資源利用新技術提供了重要基礎。
隨著人類探索太空的腳步邁得越來越大，在月球上，甚至在火星上駐留并建設基地成為可能。想在月球上居住和旅行，水、氧氣等生存資源和交通工具就不可或缺了。而如果能在月球能就地取材，為人類提供生存的資源，那星際旅行的愿望或許就不再遙遠。
近日，在中國空間站夢天實驗艙航天基礎試驗機柜其中一個“太空抽屜”里，地外人工光合作用技術試驗順利展開，成功實現(xiàn)了高效二氧化碳轉(zhuǎn)換和氧氣再生新技術的國際首次在軌驗證。
地外人工光合作用怎樣實現(xiàn)？
光合作用在地球上并不是新鮮事，它是植物、藻類和某些細菌在可見光的照射下，利用光合色素將二氧化碳（或硫化氫）和水轉(zhuǎn)化為有機物，并釋放出氧氣（或氫氣）的生化過程。光合作用是一系列復雜的代謝反應的總和，是生物界賴以生存的基礎，也是地球碳氧循環(huán)的重要媒介。
那么，什么是人工光合作用？國際宇航聯(lián)空間運輸委員會主席楊宇光解釋說，科學家發(fā)現(xiàn)半導體催化劑在光照射下可實現(xiàn)水的分解和二氧化碳轉(zhuǎn)換，并將其稱為“人工光合作用”。“人工光合作用”與綠色植物的光合作用有相似之處：第一，都是將太陽能轉(zhuǎn)換成為化學能；第二，反應原料都是水和二氧化碳，產(chǎn)物是氧氣和含碳化合物。
國際宇航聯(lián)空間運輸委員會主席 楊宇光：在天宮空間站上進行的人工光合作用，這次產(chǎn)生的有機物是乙烯，這是一個廣義的光合作用。
2015年，我國科研人員提出在地外開展原位資源利用的“地外人工光合作用”概念并開展研究。“地外人工光合作用”是在地外通過物理化學方法利用太陽能將二氧化碳和水原位轉(zhuǎn)化成氧氣和含碳化合物。這一技術正是人類走向更深遠的太空的基礎：
國際宇航聯(lián)空間運輸委員會主席 楊宇光：未來人類在月球和火星建立基地，最核心的一個問題就是要實現(xiàn)低成本可持續(xù)的基地長期運營。這里有兩方面的問題，一是要實現(xiàn)低成本的人員和貨物的往返運輸系統(tǒng)，另外一個是實現(xiàn)基地物資基本能夠自給自足。
也就是說，如果人類的腳步再次踏入月球，甚至到達更遙遠的火星和小行星，如何實現(xiàn)“擺脫地球資源供給”是人類長期地外生存的主要挑戰(zhàn)之一。那么，“我們有可能在另一個星球上長期居住嗎？”這一問題目前已成為全球最前沿的125個科學問題之一。中國航天科技集團郭佩介紹，利用星壤資源或火星大氣中的二氧化碳資源，原位制備氧氣和燃料，是實現(xiàn)地外原位資源利用并擺脫地球資源供給的重要手段。
中國航天科技集團 郭佩：地外人工光合作用技術有望作為未來地外原位資源利用的重要技術之一，為我國載人深空探測重大任務提供關鍵技術支撐。
在國際宇航聯(lián)空間運輸委員會主席楊宇光看來，目前我們在中國空間站進行的這項試驗，就是在為未來做準備。
國際宇航聯(lián) 空間運輸委員會主席 楊宇光：火星的大氣中有豐富的二氧化碳，而且目前無論是在月球還是在火星，人類都已經(jīng)找到了水的存在，利用火星的二氧化碳和水能不能制造其他的物資？美國的毅力號火星車已經(jīng)利用火星大氣中的二氧化碳進行了制氧實驗，只不過產(chǎn)物是氧氣和一氧化碳，那能不能像地球上的植物一樣利用水和二氧化碳產(chǎn)生有機物呢？目前來看，無論是利用生物方法，還是物理化學的方法，這肯定是可行的。
據(jù)介紹，相比于常用的高溫、高壓二氧化碳還原技術，地外人工光合作用可以在常溫、常壓條件下實現(xiàn)二氧化碳還原和產(chǎn)氧；還能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能到化學能、太陽能到電能再到化學能、太陽能到熱能再到化學能等多種能量轉(zhuǎn)換方式，有效提高能量的利用效率。
中國航天科技集團 郭佩：通過改變反應的催化劑，可以定制化地獲得地外人工光合作用的不同二氧化碳還原產(chǎn)物，包括可作為推進劑的甲烷或乙烯、可作為合成糖類的重要原料甲酸等，對未來地外長期生存和原位資源利用有重要價值和意義。
特別值得一提的是，地外人工光合作用技術試驗裝置雖然只是航天基礎試驗機柜其中一個“太空抽屜”，但是功能卻很強大。
中國航天科技集團 郭佩：它不僅能夠在軌通過“人工光合作用”制備氧氣和含碳燃料，還能夠?qū)崿F(xiàn)對反應過程的監(jiān)測和產(chǎn)物的在線分析，并獲得大量微重力環(huán)境下氣、液、固多相物理化學過程試驗數(shù)據(jù)，為科學研究和技術發(fā)展提供重要基礎。另外，這個“太空抽屜”還具備在軌“升級”能力，通過在軌更換模塊操作，可驗證不同種類的反應，實現(xiàn)技術快速迭代。
郭佩透露，目前，地外人工光合作用技術試驗裝置已經(jīng)完成了第一、二階段共12次在軌試驗，國際上首次實現(xiàn)了基于地外人工光合作用技術的二氧化碳轉(zhuǎn)換和氧氣再生，獲得了氧氣和二氧化碳還原產(chǎn)物乙烯。
中國航天科技集團 郭佩：階段試驗成功驗證了常溫二氧化碳催化轉(zhuǎn)化，微重力下固、液、氣多相反應界面上氣體輸運與分離，空間高精度氣體和液體流量控制，以及氧氣和二氧化碳還原產(chǎn)物高靈敏度在線檢測等關鍵技術。試驗獲得了大量微重力下的多相物理化學反應過程試驗數(shù)據(jù)，為發(fā)展地外原位資源利用新技術提供了重要基礎。
本文鏈接：http://jphkf.cn/news-2-74-0.html要上太空種地了？人工光合作用試驗為啥要在太空做？
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