Eksperymentalny instrument wielkości tostera o nazwie MOXIE znajdujący się na pokładzie łazika Perseverance wyprodukował niewielką ilość tlenu z bogatej w dwutlenek węgla atmosfery Marsa. Tego typu urządzenia mogą w przyszłości generować tlen nie tylko do oddychania, ale też jako składnik paliwa rakietowego.
Łazik Perseverance, który wylądował na Marsie 18 lutego tego roku, pierwszy raz w historii pozyskał surowiec na innej planecie. MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) - jeden z instrumentów naukowych zainstalowanych na pokładzie łazika, zdołał wyprodukować pięć gramów tlenu z marsjańskiej atmosfery. Demonstracja technologii odbyła się 20 kwietnia, czyli dzień po pierwszym udanym locie marsjańskiego drona Ingenuity.
Tego typu technologia może umożliwić obecność człowieka na Czerwonej Planecie. Wyprodukowany na Marsie tlen mógłby posłużyć jako składnik paliwa rakietowego, co pozwoliłoby na powrót astronautów do domu. Mógłby zapewnić także powietrze potrzebne do oddychania dla samych astronautów.
- To krytyczny pierwszy krok w konwersji dwutlenku węgla na tlen na Marsie - powiedział Jim Reuter z NASA. - Przed MOXIE jeszcze wiele pracy, ale wyniki tej demonstracji technologii są obiecujące, ponieważ zbliżamy się do naszego celu, jakim jest ujrzenie ludzi na Marsie. Tlen to nie tylko to, czym oddychamy. Paliwo rakietowe zależy od tlenu, a przyszli odkrywcy będą musieli wyprodukować paliwo na miejscu, aby wrócić do domu – dodał.
Dla rakiet i astronautów tlen jest kluczowy. Wyniesienie czterech astronautów w przestrzeń kosmiczną z Marsa, jak obliczyli specjaliści z NASA, będzie wymagać około siedem ton paliwa rakietowego i 25 ton tlenu. Znacznie mniej tlenu, bo około jedną tonę, będą potrzebować do oddychania astronauci mieszkający i pracujący przez rok na Czerwonej Planecie.
Transport takich ilości tlenu z Ziemi na Marsa byłby kosztownym zadaniem. Udana demonstracja technologii wskazuje, że zdecydowanie lepiej zawieźć tam konwerter tlenu, podobny do MOXIE, ale znacznie większy i bardziej wydajny. To bardziej ekonomiczne i praktyczne rozwiązanie.
Atmosfera Marsa składa się blisko w 96 proc. z dwutlenku węgla. Pozostałe 4 proc. to głównie azot i argon. Tlen stanowi jedynie 0,13 proc. składu marsjańskiej atmosfery. MOXIE działa poprzez oddzielanie atomów tlenu od cząsteczek dwutlenku węgla, które składają się z jednego atomu węgla i dwóch atomów tlenu. MOXIE zasysa marsjańskie powietrze i przepuszcza je przez filtry, co ma na celu usunięcie zanieczyszczeń. Potem powietrze trafia do urządzenia SOXE, które w procesach elektrochemicznych rozdziela powietrze na jony tlenu oraz tlenek węgla. Następnie jony tlenu są izolowone i rekombinowane w celu wytworzenia tlenu cząsteczkowego. Ostatecznie tlen trafia do atmosfery Marsa.
Proces konwersji wymaga wysokich temperatur – około 800 stopni Celsjusza. Dlatego MOXIE został wykonany z materiałów odpornych na ciepło. Urządzenie zostało wydrukowane w drukarce 3D ze stopu niklu oraz lekkiego aerożelu. Cienka złota powłoka na zewnętrznej stronie MOXIE zapobiega wypromieniowaniu ciepła na zewnątrz, co potencjalnie mogłoby uszkodzić inne instrumenty łazika.
W pierwszym eksperymencie MOXIE wygenerował około pięć gramów tlenu, co wystarczyłoby, według szacunków ekspertów z NASA, na około 10 minut oddychania. Instrument może wytwarzać 10 gramów tlenu na godzinę.
Ta demonstracja technologii miała na celu przede wszystkim sprawdzenie, czy instrument przetrwał start z Ziemi, prawie siedmiomiesięczną podróż w przestrzeni kosmicznej oraz lądowanie na Czerwonej Planecie. Eksperymenty z MOXIE będą nadal prowadzone. Plan zakłada co najmniej dziewięć uruchomień instrumentu w ciągu jednego miesiąca.
Serie doświadczeń mają przebiegać w trzech etapach. Pierwszy pozwoli dokładnie sprawdzić i scharakteryzować działanie instrumentu. Drugi ma na celu zweryfikować funkcjonowanie MOXIE przy zmieniających się warunkach atmosferycznych, takich jak różne pory dnia czy w różnych porach roku. W trzecim, jak powiedział Michael Hecht z Massachusetts Institute of Technology, gdzie zaprojektowano MOXIE, „będziemy przesuwać granice”. Chodzi tu o wypróbowanie działania sprzętu w innych trybach pracy, porównując wydajność procesu w różnych temperaturach.
- MOXIE to nie tylko pierwszy instrument do produkcji tlenu na innym świecie - powiedziała Trudy Kortes z NASA i dodała, że jest to pierwsza tego rodzaju technologia, która pomoże przyszłym misjom wykorzystywać elementy środowiska innego świata.
Głównym celem misji Perseverance na Marsie jest poszukiwanie oznak pradawnego mikrobiologicznego życia. Choć obecnie planeta jest zimna i sucha, to w odległej przeszłości, jak uważają badacze, była ciepła i wilgotna, a takie warunki mogły sprzyjać powstaniu życia. Łazik ma także zebrać zestaw skał, które przyszła misja NASA odbierze i dostarczy na Ziemię, co jest absolutną nowością w historii eksploracji Marsa. Łazik wyposażony jest również w spektrometry rentgenowskie i ultrafioletowe do szczegółowej analizy minerałów czy w mikrofony do słuchania marsjańskich dźwięków.
Źródło: NASA, fot. NASA/JPL-Caltech. Na zdjęciu instrument MOXIE podczas instalacji na łaziku Perseverance.
