Αστροναύτες στο διαστημικός σταθμός μπορεί να φαίνονται μακρινά, αλλά απέχουν μόλις 248 μίλια από τη Γη: λίγο περισσότερο από τη διαδρομή από τη Νέα Υόρκη στην Ουάσιγκτον. Όλα όσα χρειάζονται μπορούν να παραδοθούν σε σχετικά σύντομη παραγγελία. Οι αστροναύτες που επισκέπτονται τον Άρη δεν θα έχουν τόσο εύκολη πρόσβαση. Η μέση απόσταση του κόκκινου πλανήτη από τη Γη είναι 140 εκατομμύρια μίλια.
Μπορούμε να σχεδιάσουμε αποστολές ανεφοδιασμού, αλλά λαμβάνοντας πάντα μαζί για τη βόλτα θα ήταν ακριβό και μη πρακτικό. Όπως ο Mark Watney μέσα Η άρειος, οι εξερευνητές θα πρέπει ζήσουν από τη γη πάρα πολύ.
Υπήρξαν πολλές προτάσεις για το πώς οι αστροναύτες θα μπορούσαν να παράγουν τα απαραίτητα, αλλά μέχρι πρόσφατα καμία τεχνολογία δεν είχε δοκιμαστεί πεδίου. Τώρα, χάρη σε ένα μηχάνημα που ονομάζεται ΜΟΞΙ, στοιβαγμένο στο ρόβερ Perseverance της NASA, μπορούμε με βεβαιότητα να πούμε ότι οι άνθρωποι θα είναι σε θέση να παράγουν οξυγόνο στον Άρη.
Σε έγγραφο που δημοσιεύτηκε αυτή την εβδομάδα στο Προκαταβολές Επιστήμη, οι ερευνητές είπαν ότι επτά ωριαίες πειραματικές σειρές καθ' όλη τη διάρκεια του 2021 καταδεικνύουν ότι το MOXIE μπορεί αξιόπιστα να μετατρέψει το διοξείδιο του άνθρακα σε οξυγόνο για ένα μικρό δέντρο. Σε δοκιμές που κάλυπταν διάφορες θερμοκρασίες και πιέσεις, μέρα και νύχτα, χειμώνα και καλοκαίρι, η πολυτελής μηχανή ανέπνεε σταθερά στην ατμόσφαιρα του Άρη και εξέπνευσε τουλάχιστον έξι γραμμάρια οξυγόνου την ώρα.
Το MOXIE κάνει τα μαγικά του απορροφώντας αέρα, φιλτράροντας τη σκόνη και συμπιέζοντας και θερμαίνοντας τα αέρια στους 800 βαθμούς Κελσίου. Ο θερμαινόμενος αέρας ρέει μέσω ενός οργάνου ηλεκτρόλυσης στερεού οξειδίου που διασπά το διοξείδιο του άνθρακα—το οποίο αποτελεί 96 τοις εκατό της ατμόσφαιρας του Άρη— σε οξυγόνο και μονοξείδιο του άνθρακα. Στη συνέχεια, το μηχάνημα διαχωρίζει το οξυγόνο και αποβάλλει το μονοξείδιο του άνθρακα, μαζί με άλλα αέρια, ως καυσαέρια.
«Αυτή είναι η πρώτη επίδειξη της πραγματικής χρήσης πόρων στην επιφάνεια ενός άλλου πλανητικού σώματος και της μετατροπής τους χημικά σε κάτι που θα ήταν χρήσιμο για μια ανθρώπινη αποστολή», δήλωσε ο αναπληρωτής επικεφαλής ερευνητής του MOXIE, Τζέφρι Χόφμαν, καθηγητής της πρακτικής στο Τμήμα του MIT. Αεροναυπηγικής και Αστροναυτικής, σε μια απελευθέρωση.
Ένα αρειανό «δάσος»
Η διαδήλωση είναι μόνο η αρχή. Μια μελλοντική έκδοση, περίπου στο μέγεθος ενός «μικρού καταψύκτη,» θα παρήγαγε οξυγόνο με ρυθμό ίσο με αρκετές εκατοντάδες δέντρα. Κατασκευάζοντας περίπου τρία κιλά οξυγόνου την ώρα σε 26 μήνες, το μηχάνημα θα μπορούσε να τροφοδοτήσει μια δεξαμενή αποθήκευσης για να κρατήσει τους αστροναύτες να αναπνέουν και να τροφοδοτήσει τη διαδρομή τους προς το σπίτι.
Για να φτάσει εκεί, το μηχάνημα θα έπρεπε να αποδειχθεί ικανό να λειτουργεί ασταμάτητα στο σκληρό περιβάλλον του Άρη—και θα χρειαζόταν πολύ περισσότερη ισχύ.
"Η δύναμη είναι η περιοχή όπου αναμένουμε να δούμε τη μεγαλύτερη βελτίωση στο κλιμακούμενο MOXIE." Ο Δρ Michael Hecht, ο αναπληρωτής διευθυντής στο Haystack Observatory του MIT και κύριος ερευνητής στο MOXIE, είπε Singularity Hub.
«Στο Perseverance χρησιμοποιούμε έως και 300 Watt για να παράγουμε περίπου 8 γραμμάρια οξυγόνου την ώρα, που δεν αντιπροσωπεύει πολύ περισσότερο από 10 τοις εκατό απόδοση σε σχέση με την ποσότητα ηλεκτροχημικής ισχύος που χρειάζεται στην πραγματικότητα για να διασπαστεί το μόριο CO2. Αναμένουμε ότι το σύστημα πλήρους κλίμακας θα είναι περισσότερο από 90 τοις εκατό αποδοτικό, με βάση λεπτομερείς μελέτες».
Μερικά από αυτά τα κέρδη θα είναι επειδή ένα μεγαλύτερο μηχάνημα μπορεί να λειτουργεί σε χαμηλότερες πιέσεις, εξοικονομώντας ενέργεια κατά τη συμπίεση, είπε ο Δρ. Hecht. Αλλά κυρίως θα είναι χάρη στις οικονομίες κλίμακας - μπορείτε να παράγετε γραμμάρια ή κιλά με τα ίδια ηλεκτρονικά, για παράδειγμα.
Θα εξακολουθεί να απαιτεί μια αξιόπιστη πηγή ενέργειας, φυσικά. Σύμφωνα με τον Δρ. Hecht, ένας πυρηνικός αντιδραστήρας ικανός περίπου 10 κιλοβάτ (που αναπτύσσεται επί του παρόντος από τη NASA) θα πρέπει να κάνει το κόλπο.
Το όφελος από την πυρηνική ενέργεια είναι η αξιοπιστία και η μακροζωία. Το Opportunity Rover της NASA, που τροφοδοτείται από ηλιακούς συλλέκτες, γνώρισε την καταστροφή του όταν μια παγκόσμια καταιγίδα σκόνης μπλόκαρε τον ήλιο. Η πυρηνική πηγή ενέργειας της Perseverance, από την άλλη πλευρά, είναι αυτόνομη και εκτιμάται ότι θα διαρκέσει 14 χρόνια.
Μιλώντας για καταιγίδες σκόνης, για μια μηχανή που βγάζει τα προς το ζην ρουφώντας αέρα, παγκόσμιες καταιγίδες που διαρκούν εβδομάδες ή μήνες θα φαινόταν τρομεροί εχθροί. Πράγματι, είπε ο Δρ Hecht, καθώς θα περίμενε κανείς να φράξουν τα φίλτρα αέρα στο σπίτι, το ίδιο θα συμβεί και στον Άρη.
«Έχουμε μελετήσει εκτενώς το φιλτράρισμα της σκόνης και φαίνεται να είναι μία από αυτές τις περιπτώσεις όπου η φύση είναι ευγενική μαζί μας. Οι ίδιες οι καταιγίδες δεν είναι τόσο μεγάλο πρόβλημα όσο η συνεχής πρόσληψη σκόνης», είπε. «Αλλά ευτυχώς η σκόνη δεν ακολουθεί τη ροή του αέρα τόσο εύκολα σε αυτές τις χαμηλές πιέσεις, επομένως σχεδόν όλη μπορεί να εξαλειφθεί με απλά διαφράγματα που αναγκάζουν τον αέρα να πάει στις γωνίες καθώς τραβιέται στο σύστημα».
Αν και κάποιες μεγάλες ερωτήσεις έχουν απαντηθεί, η ομάδα σχεδιάζει να συνεχίσει τις δοκιμές του MOXIE. Θα το λειτουργήσουν το σούρουπο και την αυγή, όταν οι θερμοκρασίες του Άρη αυξάνονται πιο άγρια, θα το ωθούν να παράγει περισσότερο οξυγόνο και θα παρακολουθούν προσεκτικά τη φθορά. Εν τω μεταξύ, πίσω στη Γη, η Oxeon, η εταιρεία που κατασκεύασε τη μονάδα ηλεκτρόλυσης, έχει ήδη κατασκευάσει και δοκιμάσει ένα σύστημα που είναι 100 φορές μεγαλύτερο.
Επόμενη Στάση Άρη;
Το πόσο σύντομα θα χρειαστούμε ένα τελικό προϊόν δεν είναι σίγουρο. Η NASA σχεδιάζει να εκτοξεύσει το Artemis I φέτος, ένα σκαλοπάτι προς το φεγγάρι και τελικά, ελπίζουμε, τον Άρη. Εν τω μεταξύ, η Κίνα κοιτάζει τον κόκκινο πλανήτη και η SpaceX βιάζεται να ολοκληρώσει τον πύραυλο Άρη. Οι ημερομηνίες στόχοι για το touchdown κυμαίνονται από τα τέλη αυτής της δεκαετίας έως κάποια στιγμή στη δεκαετία του 2030.
Από τώρα και τότε, θα χρειαστεί να λύσουμε πολλές σημαντικές προκλήσεις. Αλλά το να καταλάβετε πώς να παράγετε αέρα για αναπνοή και καύσιμα για ένα ταξίδι στο σπίτι είναι ένα μεγάλο κουτί που πρέπει να ελέγξετε. «Είναι αυτό που έκαναν οι εξερευνητές από αμνημονεύτων χρόνων», είπε ο Χόφμαν είπε Η Washington Post. "Μάθετε ποιοι πόροι είναι διαθέσιμοι εκεί που θα πάτε και μάθετε πώς να τους χρησιμοποιήσετε."
Image Credit: NASA
