NASA 的“MOXIE”实验把火星大气电解成氧气，转化率达到28%，产出了99.5%的高纯氧和28%的碳氢燃料。而南京大学与钱学森实验室携手提出的“地外人工光合成”概念，把这个想法往前推进了一大步。南京大学把火星二氧化碳变成氧气，不仅解决了深空任务中氧气罐的问题，还让飞船变身“微型制氧厂”。 在极端环境下，“地外人工光合成”能在没有土壤和阳光的情况下，通过光电催化手段把二氧化碳分解成氧气和碳氢化合物。为了适应火星、月球这样的“极限星球”，南京大学团队把反应器做成金属盒子，不再依赖生物体系。 与传统光合作用不同，这个过程的光源是太阳电池板，催化剂是人工合成的纳米材料。它还不同于传统电解水的方式，能够同时消耗二氧化碳产出氧气和碳氢化合物，一步完成产氧和储能的任务。 在实验室中搭建的示范装置里，温度可以降到-70℃，气压控制在10⁻₄ Pa，宇宙辐射剂量率达到10⁸ rad/s。实验结果显示，二氧化碳转化率稳定在35%左右。下一步计划把装置送入太空微重力环境验证失重条件下的传质与传热模型。 中国的这个项目在2025年要完成月面无人任务，验证月壤基催化材料寿命超过5年；到了2030年要带着该系统执行火星任务；到了2035年要让深空探测器采用全地外人工光合成方案，直接供给电推进发动机使用。这个方案把反应温度从300℃降到60℃，电压降到3伏特左右，能耗仅为MOXIE的1/5。 除了降低温度和电压外，南京大学还解决了五大科学难题：如何在月球尘埃或火星土壤里原位生长催化材料、如何适配太空光谱、如何处理微重力下的传质问题、如何优化全谱太阳能利用以及如何实现超高真空密封。 在南京江北新区搭建的示范装置模拟了火星环境条件并取得了初步成功。这个项目展示了从概念到实践的跨越。南京大学与钱学森实验室用这个蓝图证明：只要材料、光谱、过程三方面同步突破，就能把火星大气变成宇航员的呼吸与燃油来源。下一步他们将带着更高效的催化剂、更耐辐照的膜材料和更智能的控制算法奔向真正的红色星球。