Dziesiątki milionów kilometrów od Ziemi, na czerwonej i zapylonej powierzchni Marsa instrument wielkości pudełka na buty udowadnia, że może wykonywać pracę małego drzewa.
Urządzenie o nazwie Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE), które jest elementem realizowanej przez NASA misji Perseverance, od kwietnia 2021 r. z powodzeniem produkuje tlen z bogatej w dwutlenek węgla atmosfery Czerwonej Planety.
W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Science Advances 31 sierpnia 2022 r. naukowcy podają, że do końca 2021 r. MOXIE był uruchomiany siedem razy. Kolejne eksperymenty odbywały się w różnych warunkach atmosferycznych, w tym w dzień i w nocy oraz o różnych porach roku na Marsie. W każdym eksperymencie urządzenie osiągało swój cel produkcji sześciu gramów tlenu na godzinę, co odpowiada przeciętnemu tempu produkcji tlenu niewielkiego drzewa na Ziemi.
Technicy z Jet Propulsion Laboratory NASA opuszczają instrument Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) do wnętrza łazika Perseverance. Źródło: NASA/JPL-Caltech
Naukowcy uważają, że powiększona wersja MOXIE mogłaby zostać wysłana na Marsa przed misją, w której wezmą udział ludzie, aby na miejscu wytwarzać tlen w tempie, w jakim robiłoby to kilkaset drzew. Przy takiej wydajności system powinien wytwarzać wystarczającą ilość tlenu, aby utrzymać przy życiu ludzi po ich przybyciu na Marsa. Wyprodukowany tlen będzie mógł też zostać użyty do napędu rakiety powrotnej.
Jak mówi Michael Hecht, kierownik projektu MOXIE: Zdobyliśmy ogromną ilość informacji, które zostaną użyte do konstrukcji wielkoskalowych urządzeń. Produkcja tlenu przez MOXIE na Marsie stanowi również pierwszą demonstrację wykorzystania zasobów in situ. Jest to pomysł zbierania i wykorzystywania surowców planety (w tym przypadku dwutlenku węgla na Marsie) do wytwarzania zasobów (takich jak tlen), które w przeciwnym razie musiałyby zostać przetransportowane z Ziemi.
Schemat budowy urządzenia Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE). Źródło: NASA
Obecna wersja MOXIE jest niewielka, ponieważ instrument musi zmieścić się na pokładzie łazika Perseverance. Ponadto MOXIE został zbudowany tak, aby działać przez krótki czas, uruchamiając się i wyłączając w zależności od harmonogramu prac łazika. W przeciwieństwie do tego, fabryka tlenu na pełną skalę obejmowałaby większe jednostki, które działałyby w sposób ciągły.
Pomimo koniecznych ograniczeń w obecnym projekcie, MOXIE wykazał, że potrafi wydajnie i w sposób niezawodny przekształcać atmosferę Marsa w czysty tlen. W tym celu najpierw wciąga marsjańskie powietrze przez filtr, który oczyszcza je z zanieczyszczeń. Powietrze jest następnie sprężane i przesyłane do kolejnego urządzenia (SOXE), które w sposób elektrochemiczny dzieli bogatą w dwutlenek węgla atmosferę na jony tlenu i tlenek węgla. Jony tlenu są w dalszej kolejności izolowane i rekombinowane w celu utworzenia tlenu cząsteczkowego. Ostatecznie MOXIE sprawdza parametry wytworzonego gazu i uwalnia go z powrotem do atmosfery wraz z tlenkiem węgla i innymi gazami atmosferycznymi.
Od czasu lądowania łazika w lutym 2021 r. inżynierowie uruchamiali instrument siedem razy. Za każdym razem rozgrzanie instrumentu zajmowało kilka godzin, a kolejna godzina potrzebna była, by wytworzyć tlen. Każde uruchomienie było zaplanowane na inną porę dnia lub nocy i na różne pory roku, aby sprawdzić, czy MOXIE może dostosować się do zmian warunków atmosferycznych planety. Jest to bardzo ważne, ponieważ atmosfera Marsa jest o wiele bardziej dynamiczna niż atmosfera ziemska. Jak dotąd MOXIE wykazał, że może wytwarzać tlen na Marsie niemal o każdej porze dnia i roku.
Schemat MOXIE, który pobiera dwutlenek węgla z atmosfery Marsa i elektrochemicznie rozdziela go na cząsteczki tlenu i tlenku węgla. Źródło: NASA/JPL
Naukowcy monitorują ten system również pod kątem oznak zużycia. MOXIE jest tylko jednym z kilku instrumentów badawczych na pokładzie łazika Perseverancei i dlatego nie może działać nieprzerwanie, jak robiłby to system na pełną skalę. Zamiast tego przyrząd musi uruchamiać się i wyłączać po zakończeniu każdego eksperymentu, co powoduje stres termiczny, który z czasem może degradować system.
Jeśli MOXIE może działać z powodzeniem pomimo wielokrotnego włączania i wyłączania, sugerowałoby to, że system na pełną skalę, zaprojektowany do ciągłej pracy, mógłby działać przez tysiące godzin.
Aby wesprzeć ludzką misję na Marsa, musimy przywieźć wiele rzeczy z Ziemi, takich jak komputery, skafandry kosmiczne i habitaty. Wygląda jednak na to, że tlen będzie na nas czekał na miejscu!
Więcej informacji:
- Publikacja Hoffman i in. „Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE)—Preparing for human Mars exploration" 31 August 2022, Science Advances
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Łazik Perseverance NASA działający na powierzchni Marsa. Źródło: NASA/JPL-Caltech
