微波加热法从低温月球风化层中大规模提取水资源的效率与机制研究

为解决月球原位资源利用中传统传导加热法效率低下的问题，研究人员采用微波加热技术（2.45 GHz）对含水月球风化层模拟物（LRS）进行水提取实验。研究通过高功率（800 W）和低功率（400 W）两种模式，证明微波加热可实现均匀升温，水提取率高达95%，能量成本低至1.9 W·h/g，收集速率达1.57 g/min。该技术为未来月球水资源工程化开发提供了高效解决方案。

　　

月球极地永久阴影区（PSRs）蕴藏大量水冰资源，是未来深空探索的关键支撑。然而，月球表面极端低温（?80 °C）和风化层低导热性导致传统加热方法效率低下，能量消耗高达37.9 W·h/g，难以满足大规模水生产需求。针对这一挑战，国内某研究机构的研究团队在《Research》发表论文，创新性地采用微波加热技术，系统研究了从含水月球风化层模拟物（Lunar Regolith Simulant, LRS）中高效提取水的可行性。

研究团队构建了集成微波加热系统（2.45 GHz），通过高功率（800 W）和低功率（400 W）两种模式处理不同初始含水量（1.96%-13.79%）的LRS圆柱样本（70 mm×70 mm）。关键技术包括：1）基于Apollo-16样本成分制备LRS模拟物（含80%斜长岩和20%玄武岩）；2）采用Pt100传感器实时监测样本内部温度；3）通过球型冷凝器（5 °C）收集水蒸气；4）分解样本六分区测量残余水分分布。

高功率加热模式
研究发现，800 W功率下样本温度从?80 °C升至100 °C仅需179-385秒，水提取率达90%-95%。能量成本随含水量降低从1.9 W·h/g（13.79%）增至10.0 W·h/g（1.96%），但仍显著低于传统方法。水收集速率最高达1.57 g/min，残余水分低于0.1%，证实微波加热的均匀性和高效性。

低功率加热模式
400 W功率下，加热周期延长至438-724秒，但能量吸收效率提升，水与风化层的功率吸收比（Γ_water/Γ_LRS）分别达37%和30.5%。尽管初始液态水收集延迟至300秒，后续收集速率（0.39-0.71 g/min）与高功率模式相当，显示低功率应用的可行性。

结论与意义
该研究首次系统验证了微波加热技术在月球水资源提取中的工程化潜力：1）突破传统传导加热的能量瓶颈，将效率提升4-20倍；2）揭示水蒸气从样本中心向外迁移的独特机制；3）为未来月球基地设计低功耗、高通量水生产系统提供理论依据。尤其值得注意的是，微波加热对低含水量（1.96%）样本仍保持较高提取率，这对开发极区低浓度水冰资源具有重要意义。研究团队进一步指出，优化冷凝系统密封性可进一步提升水收集率（目前约30%-40%），这将是后续研究的重点方向。