Thí nghiệm MOXIE tạo ra oxy trên sao Hỏa một cách đáng tin cậy
bởi Jennifer Chu, Viện Công nghệ Massachusetts
Ảnh: Pixabay / CC0
Trên bề mặt đỏ và đầy bụi của sao Hỏa, cách Trái đất gần 100 triệu dặm, một công cụ có kích thước bằng hộp cơm trưa đang chứng minh rằng nó có thể thực hiện công việc của một cái cây nhỏ một cách đáng tin cậy.
Thí nghiệm sử dụng tài nguyên ôxy tại chỗ trên sao Hỏa do MIT dẫn đầu, hay MOXIE, đã thành công trong việc tạo ra ôxy từ bầu khí quyển giàu carbon dioxide của Hành tinh Đỏ kể từ tháng 2 năm 2021, khi nó chạm xuống bề mặt sao Hỏa như một phần trong sứ mệnh máy bay Kiên trì của NASA .
Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances, các nhà nghiên cứu báo cáo rằng, vào cuối năm 2021, MOXIE đã có thể tạo ra oxy trong bảy lần chạy thử nghiệm, trong nhiều điều kiện khí quyển, bao gồm cả ban ngày và ban đêm, và qua các mùa khác nhau trên sao Hỏa. . Trong mỗi lần chạy, thiết bị đạt mục tiêu tạo ra sáu gam oxy mỗi giờ - tương đương với tốc độ của một cái cây khiêm tốn trên Trái đất.
Các nhà nghiên cứu hình dung rằng một phiên bản thu nhỏ của MOXIE có thể được gửi đến sao Hỏa trước một sứ mệnh của con người, để liên tục sản xuất oxy với tốc độ hàng trăm cây. Với công suất đó, hệ thống sẽ tạo ra đủ oxy để vừa nuôi sống con người khi họ đến nơi, vừa cung cấp nhiên liệu cho một tên lửa để đưa các phi hành gia trở về Trái đất.
Cho đến nay, sản lượng ổn định của MOXIE là bước đầu tiên đầy hứa hẹn hướng tới mục tiêu đó.
Michael Hecht, điều tra viên chính của sứ mệnh MOXIE tại Đài quan sát Haystack của MIT cho biết: “Chúng tôi đã học được rất nhiều điều sẽ cung cấp thông tin cho các hệ thống trong tương lai ở quy mô lớn hơn.
Sản xuất ôxy của MOXIE trên sao Hỏa cũng đại diện cho minh chứng đầu tiên về "sử dụng tài nguyên tại chỗ", là ý tưởng thu hoạch và sử dụng vật liệu của hành tinh (trong trường hợp này là carbon dioxide trên sao Hỏa) để tạo ra tài nguyên (chẳng hạn như ôxy). nếu không phải được vận chuyển từ Trái đất.
"Đây là minh chứng đầu tiên về việc thực sự sử dụng các nguồn tài nguyên trên bề mặt của một hành tinh khác và biến đổi chúng về mặt hóa học thành một thứ có ích cho sứ mệnh của con người", phó điều tra viên chính của MOXIE, Jeffrey Hoffman, giáo sư thực hành tại Bộ của MIT, cho biết. của Hàng không và Du hành vũ trụ. "Đó là lịch sử theo nghĩa đó."
Các đồng tác giả MIT của Hoffman và Hecht bao gồm các thành viên nhóm MOXIE Jason SooHoo, Andrew Liu, Eric Hinterman, Maya Nasr, Shravan Hariharan và Kyle Horn, cùng với các cộng tác viên từ nhiều tổ chức bao gồm Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA, nơi quản lý sự phát triển của MOXIE, phần mềm bay, đóng gói và thử nghiệm trước khi ra mắt.
Không khí giao mùa
Phiên bản hiện tại của MOXIE có thiết kế nhỏ, để phù hợp với máy quay Perseverance và được chế tạo để chạy trong thời gian ngắn, khởi động và tắt sau mỗi lần chạy, tùy thuộc vào lịch trình khám phá và trách nhiệm nhiệm vụ của người thám hiểm. Ngược lại, một nhà máy sản xuất oxy quy mô đầy đủ sẽ bao gồm các đơn vị lớn hơn, lý tưởng là sẽ chạy liên tục.
Bất chấp những thỏa hiệp cần thiết trong thiết kế hiện tại của MOXIE, thiết bị đã cho thấy nó có thể chuyển đổi khí quyển của sao Hỏa thành oxy tinh khiết một cách đáng tin cậy và hiệu quả. Nó làm như vậy bằng cách đầu tiên hút không khí trên sao Hỏa qua một bộ lọc để làm sạch nó khỏi các chất gây ô nhiễm. Sau đó, không khí được điều áp và được đưa qua Máy điện phân OXit rắn (SOXE), một thiết bị được phát triển và chế tạo bởi OxEon Energy, phân tách không khí giàu carbon dioxide thành các ion oxy và carbon monoxide.
Các ion oxy sau đó được phân lập và kết hợp lại để tạo thành oxy phân tử hoặc khí thở được, MOXIE sau đó đo lường số lượng và độ tinh khiết trước khi giải phóng nó trở lại không khí một cách vô hại, cùng với carbon monoxide và các khí khác trong khí quyển.
Kể từ khi máy bay hạ cánh vào tháng 2 năm 2021, các kỹ sư của MOXIE đã khởi động thiết bị này bảy lần trong suốt năm Sao Hỏa, mỗi lần mất vài giờ để làm ấm, sau đó thêm một giờ để tạo oxy trước khi đóng điện trở lại. Mỗi lần chạy được lên lịch vào một thời điểm khác nhau trong ngày hoặc đêm và vào các mùa khác nhau, để xem liệu MOXIE có thể thích ứng với sự thay đổi trong điều kiện khí quyển của hành tinh hay không.
Hoffman lưu ý: “Bầu khí quyển của sao Hỏa thay đổi nhiều hơn so với Trái đất. "Mật độ của không khí có thể thay đổi theo hai yếu tố trong năm và nhiệt độ có thể thay đổi 100 độ. Một mục tiêu là cho thấy chúng ta có thể chạy trong tất cả các mùa."
Cho đến nay, MOXIE đã chứng minh rằng nó có thể tạo ra oxy ở hầu hết mọi thời điểm trong ngày và năm trên sao Hỏa.
Hecht nói: “Điều duy nhất chúng tôi chưa chứng minh được là chạy vào lúc bình minh hoặc hoàng hôn, khi nhiệt độ đang thay đổi đáng kể. "Chúng tôi có một con át chủ bài sẽ cho phép chúng tôi làm điều đó, và một khi chúng tôi kiểm tra điều đó trong phòng thí nghiệm, chúng tôi có thể đạt được cột mốc cuối cùng đó để chứng tỏ rằng chúng tôi thực sự có thể chạy bất cứ lúc nào."
Trước trò chơi
Khi MOXIE tiếp tục cung cấp oxy trên sao Hỏa, các kỹ sư có kế hoạch nâng cao công suất và tăng sản lượng của nó, đặc biệt là vào mùa xuân sao Hỏa, khi mật độ khí quyển và mức carbon dioxide cao.
"Lần chạy tiếp theo sắp tới
sẽ là lúc mật độ cao nhất trong năm, và chúng tôi chỉ muốn tạo ra nhiều ôxy nhất có thể, "Hecht nói." Vì vậy, chúng tôi sẽ đặt mọi thứ ở mức cao nhất có thể, và để nó hoạt động lâu nhất có thể. "
Họ cũng sẽ theo dõi hệ thống để biết các dấu hiệu hao mòn. Vì MOXIE chỉ là một thử nghiệm trong số một số thử nghiệm trên máy quay Perseverance, nên nó không thể chạy liên tục như một hệ thống quy mô đầy đủ. Thay vào đó, thiết bị phải khởi động và tắt sau mỗi lần chạy - một ứng suất nhiệt có thể làm suy giảm hệ thống theo thời gian.
Nếu MOXIE có thể hoạt động thành công dù bật và tắt liên tục, điều này cho thấy rằng một hệ thống quy mô đầy đủ, được thiết kế để chạy liên tục, có thể làm như vậy trong hàng nghìn giờ.
Hoffman nói: “Để hỗ trợ sứ mệnh của con người lên sao Hỏa, chúng tôi phải mang theo rất nhiều thứ từ Trái đất, như máy tính, bộ vũ trụ và môi trường sống. "Nhưng oxy già chết tiệt? Nếu bạn có thể đến đó, hãy tiếp tục - bạn đang dẫn đầu cuộc chơi."
