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【导语】在熟悉的“光合作用”概念基础上，让我们探索一个前沿而神秘的新领域——“地外人工光合作用”。这一技术在中国空间站梦天实验舱首次完成在轨验证，旨在模拟植物的光合作用过程，在太空环境中将太阳能转化为“太空燃料”，为人类的深空探索提供生命支持系统。从光合作用到地外人工光合作用，人类正逐步解锁利用地外资源的新技能，向着更广阔的宇宙迈进。本文将带您深入了解这一技术的奥秘及其在未来太空探索中的潜力。

在课本里、视频中，常常能见到“光合作用”这个名词，想必你早已耳熟能详了。那么，今天咱们来聊聊一个有点神秘又特别有意思的“新朋友”——“地外人工光合作用”。它与“光合作用”呀，有着千丝万缕的联系，却也有各自的独特之处，让我们一起探究一下吧！

地外人工光合作用技术试验装置在轨更换模块

在中国空间站的梦天实验舱，航天基础试验机柜中的一个“太空抽屉”成为了地外人工光合作用研究的“实验室”。高效二氧化碳转换和氧气再生这两项新技术，在这个独特的“实验室”里，顺利完成了国际上的首次在轨验证。

地外人工光合作用是什么

“光合作用”是指绿色植物利用太阳的光能，同化二氧化碳（CO2）和水（H2O）制造有机物质并释放氧气的过程。这个过程不仅是地球上最重要的能量转换和物质循环机制，还能像一位“气候调节师”一样，维持全球气候的稳定和生物多样性的繁荣。而“地外人工光合作用”则是科学家们从大自然中汲取灵感，在太空或其他星球上打造的“能量工厂”，通过模拟植物在地球上的光合作用，利用物理化学方法将太阳能转化为“太空燃料”，把二氧化碳和水变成氧气和含碳化合物。为人类在太空中生存和探索提供“生命支持系统”。

地外人工光合作用（示意图）

无论是光合作用，亦或是地外人工光合作用，它们都能将太阳的光能巧妙地转化为化学能，储存在有机物中，为生命活动提供动力。两者的“配方”也几乎一模一样，都以水和二氧化碳为原料，经过一系列“化学反应魔法”，最终生成氧气和含碳化合物。

飞行器在进行太空探索时也会携带物资，为什么还需要额外的转化技术呢？

地外人工光合作用助力深空探索

即使飞行器在进行深空探索时携带了物资和消耗品（如氧气、燃料）它们也是有限的，深空探索任务周期长、环境封闭，需建立物质循环再生系统以维持长期生存。相较传统物资储备模式，这种转化技术兼具资源利用效率高、系统质量负荷低、环境适应性强等优势，是深空驻留与行星开发的战略性技术路径。

为了解决空间站和深空探索的供求关系，其他国家也做过类似探索。

回溯历史，自20世纪60年代起，人们就一直在探索二氧化碳转换技术的有效方法，在这一漫长的发展历程中，逐渐涌现出了不少经典的转换方式，像Sabatier法、高温电化学法，还有H2O电解法等。Sabatier法是一种通过催化反应将二氧化碳（CO2）与氢气（H2）转化为甲烷（CH4）和水（H2O）的技术；二氧化碳还原高温电化学法是一种通过电化学手段在高温条件下将二氧化碳（CO2）转化为高附(fù)加(jiā)值(zhí)化(huà)学(xué)品(pǐn)或(huò)燃(rán)料(liào)的(de)技(jì)术(shù)；而(ér)H2O电(diàn)解法则是利用电解水产生的活性氢（H+或H2）与二氧化碳（CO2）发生反应，生成碳氢化合物或其他化学品。通过将二氧化碳转化成为氧气和含碳燃料的方式，将大幅度降低载人航天器的物资供应需求。

毅力号火星车

例如，美国航空航天局（NASA）的毅力号火星车上配备的“MOXIE”系统就运用了高温电化学法。在火星上，它成功地把火星大气里的二氧化碳转化成了氧气和一氧化碳。这无疑是人类地外资源利用探索路上的亮眼成果。俄罗斯也有同样宏大的计划，比如其规划的Lunar勘探项目，预计在2025年推出名为Moon27的登陆器，以实现对月球资源的利用。

地外人工光合作用的优势

相较于(yú)热(rè)化(huà)学(xué)法(fǎ)、电(diàn)化(huà)学(xué)法(fǎ)等(děng)传(chuán)统(tǒng)二(èr)氧(yǎng)化(huà)碳(tàn)转(zhuǎn)化(huà)技(jì)术(shù)，地(de)外(wài)人(rén)工(gōng)光(guāng)合(hé)作(zuò)用(yòng)的(de)核(hé)心(xīn)优(yōu)势(shì)在(zài)于(yú)以(yǐ)太(tài)阳(yáng)能(néng)为(wèi)主要(yào)驱(qū)动(dòng)力(lì)。其(qí)反(fǎn)应(yīng)所(suǒ)需(xū)的(de)二(èr)氧(yǎng)化(huà)碳(tàn)与(yǔ)水(shuǐ)在(zài)地(de)外(wài)环(huán)境(jìng)中(zhōng)（如(rú)火(huǒ)星大气、月壤或小行星冰层）广泛存在，且反应条件相对温和（常温常压），理论上可以通过半导体材料催化将太阳能转化为可储存的甲烷等碳基燃料。目前该技术尚处于实验室研究阶段，但其特性使其可能成为未来地外资(zī)源利用的技术方向之一。

从(cóng)应(yīng)用(yòng)潜(qián)力(lì)分(fēn)析(xī)，该(gāi)技(jì)术(shù)通(tōng)过(guò)模(mó)拟(nǐ)植(zhí)物(wù)光(guāng)合(hé)作(zuò)用(yòng)的(de)部(bù)分(fēn)机(jī)制(zhì)，尝(cháng)试(shì)将(jiāng)密(mì)闭(bì)环(huán)境(jìng)中(zhōng)的(de)人(rén)类(lèi)代(dài)谢(xiè)废(fèi)气(qì)（二(èr)氧(yǎng)化(huà)碳(tàn)）与(yǔ)地(de)外(wài)水(shuǐ)冰(bīng)资(zī)源(yuán)转(zhuǎn)化(huà)为(wèi)氧(yǎng)气(qì)和(hé)燃(rán)料(liào)。在(zài)载(zài)人(rén)航(háng)天(tiān)场(chǎng)景(jǐng)中(zhōng)，若(ruò)技(jì)术(shù)成熟，可能降低氧气补给的部分需求；在行星探测任务中，则可能利用地外资源生产推进剂或生命维持物资。不过，现有研究仍面临着催化剂效率、系统稳定性、太空环境适应性等多重挑战。

各国在二氧化碳转换技术以及地外资源(yuán)利(lì)用(yòng)方(fāng)面的不断探索，正一步步汇聚成推动人类迈向更深远宇宙的强大力量，推动我们朝着更为浩瀚、更为深远的宇宙不断迈进。

部分信息来源于：央视新闻、科学网、中关村商业航天产业联盟等

（科学性审核：郑永春博士，空间科学传播专家工作室）

责任编辑：刘海华