MOXIE: NASA chce produkować tlen na Marsie

Już wkrótce na Marsie będzie można produkować tlen. Łazik Perseverance NASA wyposażony jest w urządzenie MOXIE, które może przekształcić marsjańskie powietrze w tlen. Cienka atmosfera Czerwonej Planety składa się w 95 proc. z dwutlenku węgla. Wysłanie czegokolwiek z powrotem w kosmos wymaga paliwa, a spalanie go wymaga tlenu. MOXIE wytwarza tylko około 6 gramów tlenu na godzinę – to o wiele za mało. Jeśli jednak system się sprawdzi, misje na Marsa i dalsza eksploracja kosmosu staną się o wiele prostsze.

– Kiedy wyślemy ludzi na Marsa, będziemy chcieli, aby bezpiecznie z niego wrócili  W tym celu potrzebują rakiety, aby unieść się z planety. Ciekły tlen do utleniania paliwa rakietowego to coś, co możemy wyprodukować na miejscu, nie musimy go zabierać ze sobą na pokładzie. Jednym z pomysłów jest to, by zabrać w podróż pusty zbiornik i napełnić go na Marsie – wskazuje Michael Hecht z Haystack Observatory na MIT, zastępca dyrektora projektu Event Horizon Telescope, a także główny badacz instrumentu Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE).

Kilka miesięcy temu łazik Perseverance wyruszył w jednokierunkową podróż na powierzchnię Marsa. Wśród wielu innych narzędzi statek zawiera eksperymentalny instrument, który może pomóc astronautom w przyszłości w podróżowaniu na planetę w obie strony.

Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment, czyli MOXIE, jest wielkości mniej więcej akumulatora samochodowego, ale jego rola jest ogromna. Został zaprojektowany, aby poprzez elektrolizę przekształcić dwutlenek węgla w tlen. Cienka atmosfera Marsa składa się w 95–96 proc. z dwutlenku węgla. Wysłanie czegokolwiek z powrotem w kosmos wymaga paliwa, a jego spalanie – tlenu. NASA mogłaby wysłać ciekły tlen na Czerwoną Planetę, ale potrzebna ilość zajmuje zbyt dużo miejsca. Tu pomóc może MOXIE.

– Ludzie zazwyczaj pytają mnie, czy MOXIE jest rozwijany po to, by astronauci mieli czym oddychać na Marsie – twierdzi Michael Hecht. – Jednak to rakiety potrzebują setek razy więcej tlenu niż ludzie.

Jak drzewo na Marsie

Atmosfera na Marsie jest 170 razy cieńsza niż na Ziemi. Powietrze jest bogate w dwutlenek węgla, a niskie ciśnienie oznacza, że ​​ilości otaczającego powietrza wpływające do reaktywnego rdzenia MOXIE nie wytwarzają dużo tlenu. Jednak sprężarka urządzenia wytwarza tlen jak drzewo – wdycha dwutlenek węgla i wydycha tlen. Zasysa go i poddaje elektrolizie pod ciśnieniem zbliżonym do ziemskiego. Tam chemiczny katalizator działający w temperaturze 800 stopni Celsjusza wyrywa atom tlenu z każdego wchodzącego CO₂. Pary atomów tlenu łączą się i tworzą dwuatomowy tlen, który wydostaje się z tlenkiem węgla.

MOXIE jest niewielki, produkuje też niewielkie ilości tlenu, niewystarczające do wytworzenia paliwa. NASA obecnie testuje rozwiązanie, jeśli się sprawdzi, na Marsie mogłoby stanąć znacznie większe urządzenie, które pomoże w przyszłych misjach kosmicznych. Aby wystartować z Czerwonej Planety, astronauci potrzebują około 30–45 ton metrycznych paliwa, czyli mniej więcej tyle, ile waży prom kosmiczny. Przyszłe generatory tlenu, które obsługują misje ludzi na Marsie, musiałyby być ok. 100 razy większe niż MOXIE.

– MOXIE jest zaprojektowany do wytwarzania około 6 do 10 gramów tlenu na godzinę. To wystarczająca ilość do oddychania dla małego psa – wskazuje Asad Aboobaker, inżynier systemów MOXIE w Jet Propulsion Laboratory w Południowej Kalifornii. – Pełnowymiarowy, docelowy system przystosowany do produkcji paliwa, które wystarczy na powrót astronautów z Marsa, wymagałby zwiększenia produkcji tlenu o około 200 razy.

Ostatnie z czterech pytań

Produkcja tlenu na Marsie rozwiązałaby ostatni z większych problemów w jego eksploracji. Od lat 90. dyskusje na ten temat sprowadzały się do czterech pytań. Dwa dotyczyły bezpieczeństwa Czerwonej Planety dla ludzkich misji. Jej atmosfera zagraża burzami piaskowymi i promieniowaniem. Te pytania zostały rozwiązane. Kolejne dotyczyło tego, jak duże pojazdy mogą lądować na Marsie. Ten problem został rozwiązany, gdy cztery łaziki NASA wylądowały na nim bezpiecznie w latach 1996–2011. Czwarte pytanie pozostawało bez odpowiedzi i dotyczyło sposobu, w jaki można sprowadzić wszystkie niezbędne zasoby na Marsa. MOXIE może stanowić odpowiedź.

– Zaangażowanie w rozwój MOXIE pokazuje, że NASA traktuje to poważnie – podkreśla Michael Hecht. – MOXIE nie jest jeszcze pełną odpowiedzią, ale jest jej kluczowym elementem. Jeśli projekt się powiedzie, przyszli astronauci będą mogli polegać na tej technologii, która pomoże im bezpiecznie wrócić z Marsa do domu.

Pierwsza załogowa misja na Marsa miałaby się odbyć do 2033 roku.

Źródło: Newseria