Астронавты на космическая станция могут показаться далекими, но они всего в 248 милях от Земли: чуть больше, чем дорога от Нью-Йорка до Вашингтона. Все, что им нужно, может быть доставлено в относительно короткие сроки. У астронавтов, посещающих Марс, не будет такого легкого доступа. Среднее расстояние красной планеты от Земли составляет 140 миллионов миль.
Мы можем планировать миссии снабжения, но многое вместе для поездки было бы дорого и непрактично. Как Марк Уотни в Ассоциация Марсианин, исследователям придется жить за счет земли тоже.
Было много предложений о том, как астронавты могли бы производить предметы первой необходимости, но до недавнего времени ни одна технология не была испытана в полевых условиях. Теперь, благодаря машине под названием бодрость, спрятанный на марсоходе NASA Perseverance, мы можем с уверенностью сказать, что люди смогут производить кислород на Марсе.
В статья, опубликованная на этой неделе в Наука развивается, исследователи заявили, что семь часовых экспериментов в течение 2021 года демонстрируют, что MOXIE может надежно преобразовывать углекислый газ в кислород, достаточный для небольшого дерева. В испытаниях, охватывающих различные температуры и давления, днем и ночью, зимой и летом, отважная машина постоянно дышала марсианской атмосферой и выдыхала не менее шести граммов кислорода в час.
MOXIE творит чудеса, всасывая воздух, отфильтровывая пыль, а также сжимая и нагревая газы до 800 градусов Цельсия. Нагретый воздух проходит через прибор для электролиза твердого оксида, который расщепляет углекислый газ, который составляет 96 процентов марсианской атмосферы- на кислород и окись углерода. Затем машина отделяет кислород и выбрасывает угарный газ вместе с другими газами в виде выхлопных газов.
«Это первая демонстрация фактического использования ресурсов на поверхности другого планетарного тела и их химического преобразования во что-то, что было бы полезно для человеческой миссии», — сказал заместитель главного исследователя MOXIE Джеффри Хоффман, профессор практики в отделе Массачусетского технологического института. аэронавтики и космонавтики, в выпуске.
Марсианский «лес»
Демонстрация — это только начало. Будущая версия, размером с «маленький морозильник», будет производить кислород со скоростью, эквивалентной нескольким сотням деревьев. Производя около трех килограммов кислорода в час в течение 26 месяцев, машина могла бы питать резервуар для хранения, чтобы поддерживать дыхание астронавтов и топливо для их поездки домой.
Чтобы добраться туда, машина должна доказать свою способность работать без остановок в суровых марсианских условиях — и ей потребуется гораздо больше энергии.
«Мощность — это область, в которой мы ожидаем увидеть наибольшее улучшение в увеличенном масштабе MOXIE», Доктор Майкл Хехт, заместитель директора обсерватории Хейстек Массачусетского технологического института и главный исследователь MOXIE, сказал Singularity Hub.
«В Perseverance мы используем до 300 Вт для производства около 8 граммов кислорода в час, что представляет собой не намного более 10-процентную эффективность по сравнению с количеством электрохимической энергии, которая фактически требуется для разрыва молекулы CO2. Мы ожидаем, что полномасштабная система будет иметь эффективность около 90 процентов, основываясь на подробных исследованиях».
По словам доктора Хехта, некоторые из этих преимуществ будут связаны с тем, что более крупная машина может работать при более низком давлении, экономя энергию при сжатии. Но в основном это будет происходить благодаря экономии на масштабе — например, вы можете производить граммы или килограммы с той же электроникой.
Конечно, для этого все еще потребуется надежный источник питания. По словам доктора Хехта, ядерный реактор мощностью около 10 киловатт (в настоящее время разрабатывается НАСА) должен помочь.
Преимущество атомной энергетики заключается в надежности и долговечности. Марсоход НАСА Opportunity, питаемый от солнечных батарей, встретил свою гибель, когда глобальная пыльная буря закрыла солнце. С другой стороны, ядерный источник энергии Perseverance является автономным и рассчитан на 14 лет.
Говоря о пыльных бурях, для машины, которая зарабатывает на жизнь всасыванием воздуха, глобальные штормы длятся недели или месяцы кажутся грозными врагами. В самом деле, сказал доктор Хехт, поскольку вы ожидаете, что воздушные фильтры забьются дома, то же самое произойдет и на Марсе.
«Мы тщательно изучали фильтрацию пыли, и, похоже, это один из тех случаев, когда природа благосклонна к нам. Сами по себе бури не такая большая проблема, как постоянное попадание пыли», — сказал он. «Но, к счастью, пыль не так легко следует за потоком воздуха при таком низком давлении, поэтому почти всю ее можно устранить с помощью простых перегородок, которые заставляют воздух огибать углы, когда он втягивается в систему».
Хотя ответы на некоторые важные вопросы были получены, команда планирует продолжить тестирование MOXIE. Они будут запускать его в сумерках и на рассвете, когда марсианская температура колеблется более резко, заставлять его производить больше кислорода и тщательно следить за износом. Между тем, на Земле компания Oxeon, изготовившая электролизную установку, уже построила и испытала система в 100 раз больше.
Следующая остановка Марс?
Как скоро нам понадобится готовый продукт, неизвестно. В этом году НАСА планирует запустить Artemis I, ступеньку к Луне и, как мы надеемся, в конечном итоге к Марсу. Тем временем Китай присматривается к красной планете, а SpaceX спешит завершить свою ракету для Марса. Целевые даты приземления варьируются от конца этого десятилетия до 2030-х годов.
Между тем, нам нужно будет решить много серьезных проблем. Но выяснить, как производить воздух для дыхания и топливо для поездки домой, очень сложно. «Это то, чем исследователи занимались с незапамятных времен», — Хоффман. заявил Ассоциация Washington Post. «Узнайте, какие ресурсы доступны там, где вы собираетесь, и узнайте, как их использовать».
Изображение Фото: НАСА
