Gli astronauti sul laboratorio spaziale possono sembrare distanti, ma sono solo 248 miglia dalla Terra: poco più del tragitto da New York a Washington DC. Tutto ciò di cui hanno bisogno può essere consegnato in un ordine relativamente breve. Gli astronauti in visita su Marte non avranno un accesso così facile. La distanza media del pianeta rosso dalla Terra è di 140 milioni di miglia.
Possiamo pianificare missioni di rifornimento, ma prendendo qualunque cosa insieme per il viaggio sarebbe costoso e poco pratico. Come Mark Watney dentro I marziano, gli esploratori dovranno vivere della terra troppo.
Ci sono state molte proposte su come gli astronauti potrebbero produrre l'essenziale, ma fino a poco tempo nessuna tecnologia era stata testata sul campo. Ora, grazie a una macchina chiamata MOXI, nascosto nel rover Perseverance della NASA, possiamo affermare con certezza che gli esseri umani saranno in grado di produrre ossigeno su Marte.
In un articolo pubblicato questa settimana in Anticipi Scienza, i ricercatori hanno affermato che sette prove sperimentali della durata di un'ora nel corso del 2021 dimostrano che MOXIE può convertire in modo affidabile l'anidride carbonica in ossigeno pari a un piccolo albero. In prove che hanno attraversato varie temperature e pressioni, giorno e notte, in inverno e in estate, la coraggiosa macchina ha respirato costantemente l'atmosfera marziana ed esalato almeno sei grammi di ossigeno all'ora.
MOXIE fa la sua magia aspirando l'aria, filtrando la polvere e comprimendo e riscaldando i gas fino a 800 gradi Celsius. L'aria riscaldata scorre attraverso uno strumento di elettrolisi a ossido solido che scinde l'anidride carbonica, che la compone 96 per cento dell'atmosfera marziana—in ossigeno e monossido di carbonio. La macchina quindi separa l'ossigeno ed espelle il monossido di carbonio, insieme ad altri gas, come scarico.
"Questa è la prima dimostrazione dell'utilizzo effettivo delle risorse sulla superficie di un altro corpo planetario e della loro trasformazione chimica in qualcosa che sarebbe utile per una missione umana", ha affermato il vice ricercatore principale del MOXIE Jeffrey Hoffman, professore della pratica presso il dipartimento del MIT di Aeronautica e Astronautica, in una versione.
Una "foresta" marziana
La dimostrazione è solo l'inizio. Una versione futura, delle dimensioni di un "piccolo congelatore a pozzetto", produrrebbe ossigeno a una velocità equivalente a diverse centinaia di alberi. Producendo circa tre chilogrammi di ossigeno all'ora in 26 mesi, la macchina potrebbe alimentare un serbatoio di stoccaggio per far respirare gli astronauti e rifornire di carburante il viaggio verso casa.
Per arrivarci, la macchina dovrebbe dimostrarsi in grado di funzionare senza sosta nel duro ambiente marziano e avrebbe bisogno di molta più potenza.
"L'alimentazione è l'area in cui prevediamo di vedere il maggior miglioramento nel MOXIE su larga scala", Dott. Michael Hecht, ha detto il direttore associato dell'Osservatorio Haystack del MIT e ricercatore principale su MOXIE Hub di singolarità.
"Su Perseverance utilizziamo fino a 300 watt per produrre circa 8 grammi all'ora di ossigeno, che rappresenta non molto più del 10 percento di efficienza rispetto alla quantità di energia elettrochimica effettivamente necessaria per separare la molecola di CO2. Ci aspettiamo che il sistema su vasta scala sia più efficiente del 90%, sulla base di studi dettagliati".
Alcuni di questi vantaggi saranno dovuti al fatto che una macchina più grande può funzionare a pressioni inferiori, risparmiando energia sulla compressione, ha affermato il dott. Hecht. Ma soprattutto sarà grazie alle economie di scala: puoi produrre grammi o chilogrammi con la stessa elettronica, ad esempio.
Richiederà comunque una fonte di alimentazione affidabile, ovviamente. Secondo il dottor Hecht, un reattore nucleare capace di circa 10 kilowatt (attualmente sviluppato dalla NASA) dovrebbe fare il trucco.
Il vantaggio di passare al nucleare è l'affidabilità e la longevità. L'Opportunity Rover della NASA, alimentato da pannelli solari, ha incontrato il suo destino quando una tempesta di polvere globale ha bloccato il sole. La fonte di energia nucleare di Perseverance, d'altra parte, è autonoma e valutato per durare 14 anni.
A proposito di tempeste di polvere, per una macchina che si guadagna da vivere aspirando aria, tempeste globali che durano settimane o mesi sembrerebbero nemici formidabili. In effetti, ha detto il dottor Hecht, poiché ti aspetteresti che i filtri dell'aria a casa si ostruissero, lo stesso accadrà su Marte.
“Abbiamo studiato a fondo il filtraggio della polvere e sembra essere uno di quei casi in cui la natura è gentile con noi. Le tempeste stesse non sono un problema tanto quanto la costante assunzione di polvere”, ha affermato. "Ma fortunatamente la polvere non segue il flusso d'aria così facilmente a quelle basse pressioni, quindi quasi tutta può essere eliminata da semplici deflettori che costringono l'aria a girare intorno agli angoli mentre viene aspirata nel sistema."
Sebbene sia stata data una risposta ad alcune grandi domande, il team prevede di continuare a testare MOXIE. Lo eseguiranno al tramonto e all'alba, quando le temperature marziane oscilleranno più selvaggiamente, lo spingeranno a produrre più ossigeno e monitoreranno attentamente l'usura. Nel frattempo, sulla Terra, Oxeon, l'azienda che ha prodotto l'unità di elettrolisi, ha già costruito e testato un sistema che è 100 volte più grande.
Prossima fermata Marte?
Non è certo quanto presto avremo bisogno di un prodotto finito. La NASA ha in programma di lanciare Artemis I quest'anno, un trampolino di lancio verso la luna e, si spera, Marte. Nel frattempo, la Cina sta guardando il pianeta rosso e SpaceX si sta precipitando per completare il suo razzo Marte. Le date target per il touchdown vanno dalla fine di questo decennio fino agli anni '2030 del XNUMX.
Tra ora e allora, dovremo risolvere molte sfide significative. Ma capire come produrre aria da respirare e carburante per un viaggio a casa è una grande scatola da controllare. "È ciò che gli esploratori hanno fatto da tempo immemorabile", Hoffman detto I Il Washington Post. "Scopri quali risorse sono disponibili dove stai andando e scopri come usarle."
Immagine di credito: NASA
