Растущий список «первых достижений» марсохода Perseverance, новейшего шестиколесного робота НАСА на поверхности Марса, включает в себя преобразование части тонкой, богатой углекислым газом атмосферы Красной планеты в кислород. Экспериментальный прибор размером с тостер на борту «Настойчивости» под названием «Эксперимент по использованию ресурсов кислорода на Марсе» (MOXIE) выполнил эту задачу. Испытание состоялось 20 апреля, в 60-й марсианский день, или сол, с момента приземления миссии 18 февраля.
В то время как демонстрация технологий только начинается, она может проложить путь для научной фантастики, чтобы стать научным фактом — сбором и хранением кислорода на Марсе. Это сможет когда-нибудь обеспечить пригодным для дыхания воздухом самих астронавтов. MOXIE является исследовательским технологическим исследованием – как и метеостанция Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA) — и спонсируется Управлением космических технологий НАСА (STMD) и Управлением исследований и операций человека.
«Это критический первый шаг в преобразовании углекислого газа в кислород на Марсе, — сказал Джим Рейтер, заместитель администратора STMD. MOXIE предстоит еще много работы, но результаты этой демонстрации технологии полны обещаний, поскольку мы движемся к нашей цели — однажды увидеть людей на Марсе. Кислород — это не только то, чем мы дышим. Ракетное топливо зависит от кислорода, и будущие исследователи будут зависеть от производства топлива на Марсе, чтобы совершить путешествие домой».
По словам главного исследователя MOXIE Майкла Хехта (Michael Hecht) из Массачусетского технологического института, для ракет и астронавтов кислород играет ключевую роль.
Чтобы сжечь топливо, ракета должна иметь больше кислорода по весу. Чтобы поднять четырех астронавтов с поверхности Марса для будущей миссии, потребуется примерно 7 метрических тонн ракетного топлива и 25 метрических тонн кислорода. Астронавтам, живущим и работающим на Марсе, для дыхания требуется гораздо меньше кислорода. «Астронавты, которые проведут на поверхности целый год, могут использовать одну метрическую тонну», — сказал Хехт.
Транспортировка 25 метрических тонн кислорода с Земли на Марс была бы трудной задачей. Транспортировка однотонного кислородного конвертера — более крупного и мощного потомка MOXIE, который мог бы произвести эти 25 тонн, — была бы гораздо более экономичной и практичной.
Атмосфера Марса на 96% состоит из углекислого газа. MOXIE работает, отделяя атомы кислорода от молекул углекислого газа, которые состоят из одного атома углерода и двух атомов кислорода. Отходы — угарный газ — выбрасывается в атмосферу Марса.
Процесс преобразования требует больших затрат энергии, и требует достичь температуры примерно 800 градусов Цельсия. Для того чтобы приспособить это, блок MOXIE сделан из жаропрочных материалов. К ним относятся 3D-печатные детали из никелевого сплава, которые нагревают и охлаждают газы, проходящие через него, и легкий аэрогель, который помогает удерживать тепло. Тонкое золотое покрытие снаружи аппарата отражает инфракрасное тепло, не давая ему излучаться наружу и потенциально повреждая другие части марсохода.
В этой первой операции производства кислорода было довольно скромным — около 5 граммов, что эквивалентно примерно 10-минутному запасу пригодного для дыхания кислорода для астронавта. MOXIE предназначен для выработки до 10 граммов кислорода в час.
Эта демонстрация технологии даст нам проверить прибор: он пережил запуск с Земли, почти семимесячное путешествие в глубоком космосе и приземление с марсоходом 18 февраля 2021 года. MOXIE, как ожидается, будет извлекать кислород еще по крайней мере девять раз в течение марсианского года (почти два года на Земле).
Эти циклы производства кислорода будут проходить в три этапа. Первая фаза будет проверять и характеризовать функции прибора, в то время как вторая фаза будет запускать прибор в различных атмосферных условиях, таких как разное время суток и времена года. На третьем этапе, сказал Хект, «мы будем продвигать испытания за рамки — пробуя новые режимы работы или вводя новые параметры, такие как запуск при различных температурах».
Иллюстрация к статье:
Обсуждение