Коробка размером с портфель уже производит кислород на Марсе
Марсианская атмосфера в ее нынешнем состоянии совсем не благоприятна для землян. Он чрезвычайно тонкий, более чем в 100 раз менее плотный, чем земной, и состоит в основном из углекислого газа. Любые люди, пытающиеся вдохнуть его, скоро обнаружат, что вообще не дышат.
Но в этом пыльном, сухом, чужом мире маленький инструмент, чуть больше портфеля, надежно выкачивал пригодный для дыхания кислород. из марсианской атмосферы.
Это первая демонстрация переработки ресурсов на месте для использования человеком на другой планете – установление способа производства пригодного для дыхания воздуха для миссии человека на красную планету.
p>
Он называется MOXIE (Эксперимент по использованию ресурсов Марса на месте (ISRU)) и установлен внутри марсохода НАСА Perseverance. Он использует процесс, называемый электролизом, для расщепления марсианского углекислого газа на окись углерода и кислород.
С февраля 2021 года, когда приземлился Perseverance, и до конца 2021 года MOXIE производил кислород семь раз и будет продолжать это делать, заявили исследователи.
«Это первый демонстрация фактического использования ресурсов на поверхности другого планетарного тела и трансформация превратить их химически во что-то полезное для человеческой миссии, — говорит бывший астронавт НАСА и заместитель главного исследователя MOXIE Джеффри Хоффман из Массачусетского технологического института.
— В этом смысле это историческое событие».
Производство кислорода путем электролиза не является чем-то новым. Международная космическая станция, например, использует электролиз для расщепления воды на водород и кислород и, таким образом, пополняет свой запас воздуха для дыхания.
Однако на Марсе вода может быть слишком ценной для использования таким образом, если доступен другой метод.
К счастью, кислород является компонентом многих соединений, в том числе углекислого газа, который составляет примерно 96 процентов атмосферы на Марсе: молекула, состоящая из одного углерода и два атома кислорода.
Электрохимическое восстановление диоксида углерода до составляющих его элементов хорошо изучено, известно и понятно; задача состояла в том, чтобы разработать здесь, на Земле, инструмент, который смог бы сделать это на Марсе с помощью подручных ингредиентов.
Производство кислорода MOXIE — это многоэтапный процесс.
Во-первых, он всасывает марсианский воздух через фильтр, который очищает его. Затем очищенный марсианский воздух сжимается, нагревается и проходит через электролизер твердых оксидов (SOXE). Электролизер расщепляет углекислый газ на монооксид углерода, который выбрасывается обратно в марсианскую атмосферу, и ионы кислорода.
Ионы кислорода затем рекомбинируются в O2, или молекулярный кислород. , количество и чистоту которого затем измеряют, прежде чем снова выпустить наружу.
Ученые определили, что этот процесс надежно привел к производству пригодного для дыхания кислорода. После нескольких часов прогрева он работает в течение 1 часа на каждый эксперимент, после чего следует период выключения. За этот 1 час работы MOXIE производит до 10 граммов кислорода для дыхания на одного астронавта примерно на 20 минут.
В каждом из семи запусков MOXIE производил от 5,4 до 8,9 граммов кислорода. молекулярного кислорода, всего 49,9 грамма.
Поскольку температура и плотность воздуха на Марсе сильно различаются не только днем и ночью, но и в течение смены сезонов года, MOXIE должен иметь возможность работать в широком диапазоне температур и плотностей воздуха.
В семи запусках MOXIE смог производить кислород в различных условиях: днем, ночью и в течение всего года.
«Единственное, что мы не продемонстрировали, — это бег на рассвете или в сумерках, когда температура существенно меняется, — говорит главный исследователь MOXIE Майкл Хект из обсерватории Хейстек Массачусетского технологического института.
«У нас есть у нас есть туз в рукаве, который позволит нам это сделать, и как только мы проверим это в лаборатории, мы сможем достичь этого последнего рубежа, чтобы показать, что мы действительно можем работать в любое время». p>
В идеале, конечно, цель – это система жизнеобеспечения, которая может работать непрерывно, поскольку именно так людям нужно дышать. И он должен быть намного больше, чем MOXIE: небольшой группе астронавтов, как сказал Хект в прошлом году, потребуется около одной метрической тонны пригодного для дыхания кислорода в течение одного года на Марсе.
И это не так. t включает кислород, необходимый для топлива для пути домой — в общей сложности миссии потребуется примерно 500 тонн кислорода, подсчитала команда.
Что команда узнала за первый год работы MOXIE, разработка этой более крупной системы… но еще многое предстоит сделать.
Следующий экспериментальный запуск состоится в то время года, когда атмосфера наиболее плотная. Затем, по словам команды, они будут давить на инструмент изо всех сил, пытаясь произвести как можно больше кислорода.
Это не только покажет, на что способен MOXIE, но и продемонстрирует его ограничения, что, в свою очередь, поможет создать более надежную машину для возможной пилотируемой миссии на Марс.
И это решит значительную часть головоломки, связанной не только с тем, чтобы сделать обитаемое место более приветствуя людей, но обеспечивая их безопасное возвращение домой.
«Чтобы поддержать миссию человека на Марс, нам нужно привезти с Земли много вещей, таких как компьютеры, скафандры и жилые помещения», — говорит Хоффман.
«Но дурацкий старый кислород? Если вы можете сделать это там, дерзайте — вы намного впереди игры».
Исследование было опубликовано в Научные достижения.
